Создан первый медицинский робот, самостоятельно ориентирующийся внутри тела

Зонд самостоятельно ориентируется внутри человеческого организма.

Иллюстрация Fagogenis et al., Sci. Robot. 4, eaaw1977 (2019).

Проникнув в сердце через небольшой прокол, зонд нашёл путь к проблемному клапану.

Иллюстрация Fagogenis et al., Sci. Robot. 4, eaaw1977 (2019).

Инженеры продемонстрировали первого робота, который перемещается в живом организме без помощи человека. Искусственный интеллект позволил устройству точно и быстро отыскать дорогу вдоль стенок бьющегося сердца.

Достижение описано в научной статье, опубликованной в журнале Science Robotics группой во главе с Пьером Дюпоном (Pierre Dupont) из Бостонской детской больницы.

В медицине давно применяются зонды, которые погружаются в человеческое тело через небольшой разрез и движутся к внутренним органам. Однако до сих пор все они управлялись оператором-хирургом.

Система автономного управления такой техникой могла бы взять на себя те же функции, что и автопилот в авиации. Если компьютер самостоятельно выполняет рутинные операции, человек может сохранить все свои силы для более сложных ситуаций. От врача, как и от лётчика, зависят человеческие жизни, и очень важно, чтобы он как можно меньше уставал. Новая разработка поможет приблизиться к ситуации, когда у каждого хирурга будет электронный помощник.

Чтобы продемонстрировать потенциал своего детища, авторы выбрали весьма сложную медицинскую процедуру: устранение паравалькулярной утечки аортального клапана.

Поясним, что в норме этот клапан не даёт вытолкнутой сердцем крови стечь из аорты обратно в левый желудочек. Однако, когда естественный клапан заменяется протезом, тот иногда подтекает. Это и называется паравалькулярной утечкой. С такой проблемой, чреватой серьёзными последствиями, сталкиваются от 5 до 17% всех пациентов с механическими клапанами (не только аортальными).

Проникнув в сердце через небольшой прокол, зонд нашёл путь к проблемному клапану.
Проникнув в сердце через небольшой прокол, зонд нашёл путь к проблемному клапану.
Иллюстрация Fagogenis et al., Sci. Robot. 4, eaaw1977 (2019).

В данном случае задачей зонда было самостоятельно подобраться к проблемной точке клапана. Далее хирург брал управление на себя и проводил операцию.

Идею навигационной системы инженеры позаимствовали у усиков насекомых и вибрисс ("усов") млекопитающих. У животных это органы осязания, позволяющие им ориентироваться в пространстве. Известно, например, что благодаря вибриссам кошка выходит из лабиринта даже с завязанными глазами.

Правда, робот пользовался не осязанием, а зрением. Он нёс на наконечнике крошечную камеру, снимающую только его непосредственное окружение (и в этом принципе "знать лишь о том, чего касаешься" проявлялось сходство с осязанием). Искусственный интеллект обрабатывал изображения и решал, к чему прикоснулся наконечник – к потоку крови, стенке сердца или клапану.

Кроме того, устройство было оснащено датчиком давления. Он не только помогал ориентироваться, но и "предостерегал" робота от излишне сильного давления на стенку сердца, которое могло бы её повредить.

Испытания проводились на функционирующем сердце свиньи. Проникнув внутрь сердца через прокол в его нижней части, устройство самостоятельно нашло дорогу вдоль стенки левого желудочка и вокруг протекающего клапана, оказавшись точно у места утечки. Роботу понадобилось на это лишь немного больше времени, чем опытному хирургу.

"[Количество] времени, [необходимого для] ориентирования, было статистически эквивалентно для обоих (робота и врача – прим. ред.). Что, на наш взгляд, впечатляет, учитывая, что вы находитесь в наполненном кровью бьющемся сердце и пытаетесь достичь цели миллиметрового масштаба на конкретном клапане", – говорит Дюпон.

По словам учёного, у технологии есть ещё одно достоинство. Собственное компьютерное зрение зонда может устранить необходимость в потенциально вредном для здоровья рентгеновском просвечивании, которое обычно используется для таких операций.

К слову, ранее "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) писали о рекордно тонком эндоскопе для погружения в мозг, отслеживании движения имплантатов и камере, вводимой сквозь шприц.