Существуют особые области технологий, в которых развитие сдерживается не только ресурсами, но и особенно высокой ценой экспериментов и ошибок. Это касается многих авиационных и космических технологий и практически всех медицинских. Об одном семействе последних, а именно о цифровой хирургии – речь в сегодняшней Техносреде.
Владение скальпелем и зажимами, предельная точность движений – все это профессиональные качества хирурга. Они воспитываются в медицинских ВУЗ-ах и совершенствуются с годами практики. Их уровень зависит во многом от природных способностей. Есть им и естественные ограничители, в частности границы точности при операциях на органах или тканях микроскопических размеров (нервах, участках сетчатки и др.). Расширить естественные возможности хирурга и попытаться застраховать его от некоторых возможных ошибок во время операции – это задача систем цифровой хирургии типа «да Винчи». Ее создала компания Intuitive Surgical. На примере этой системы мы познакомимся с состоянием дел в сегодняшней цифровой хирургии.
Эта система включает нескольких блоков. Хирург ведет операцию сидя, находясь в нескольких метрах от пациента. Он погружает голову в своего рода камеру, в которой находятся мониторы, транслирующие трехмерное изображение с хирургического стола. Внутри консоли хирурга есть рычаги, с помощью которых он и управляет операцией. Эти рычаги расположены так, чтобы хирургу было удобно работать руками, наблюдая при этом за мониторами. Рычаги «снимают» движения хирурга, обрабатывают их, исключая дрожь в руках и масштабируют. Это, пожалуй, одно из самых важны свойств системы: она позволяет управлять тончайшими движениями скальпеля с помощью более крупных движений хирурга.
Движения передаются на другую часть системы: хирургический стол с механическими манипуляторами. Два или три манипулятора (в зависимости от конфигурации системы) оснащены хирургическими инструментами, а один – эндоскопической системой зрения. Манипуляторы обладают семью степенями свободы. На них может быть укреплен необходимый для надрезов, установки зажимов и других операций инструмент. Инструменты можно менять в течение операции, при этом система запоминает положение манипулятора с предыдущим инструментом и может легко вернуться к нему, когда на манипулятор возвращают прежний инструмент. Благодаря миниатюризации движений и возможности смотреть под ткани пациента разрезы при операциях становятся гораздо меньше. Манипуляторы с инструментом могут совершать полные вращательные движения и некоторые другие, трудновыполнимые для человеческой руки. В полость закачивается углекислый газ, чтобы создать необходимое пространство для маневра инструментов.
Система создания трехмерного изображения погружается с манипулятором в полость и передает изображение в реальном времени с частотой свыше тысячи рамок в секунду. Компьютерная обработка уменьшает видеошум. Датчики поддерживают температуру камер на определенном уровне относительно температуры тела, чтобы избежать конденсации влаги на поверхности. Камеры передают изображение с нескольких точек, и хирург может переключаться между ними при помощи педали.
Система лицензирована Управлением по контролю за пищевыми продуктами и лекарственными препаратами США (FDA). Одно из основных назначений установки – операции на сердце, в частности, установка клапанов. Кроме того, установка лицензирована выполнять операции на сосудах, желчном пузыре, легких, гастроэнтерологические и гинекологические операции.
Система оснащена аккумуляторами, при отключении электричества поддерживающими ее работу в течение 20 минут (достаточное время, чтобы подключить запасное питание в больнице).
Среди преимуществ системы – сокращение пребывания пациента в больнице благодаря уменьшению надрезов. Серьезным недостатком оказалось отсутствие тактильных ощущений у хирурга. Оказалось, что для него важно ощущать сопротивление ткани, что в рамках этой системы невозможно. Операции на системе длятся дольше обычных.
Кроме того, сдерживает применение этой системы ее высокая стоимость и длительное обучение, которое требуется, прежде чем хирурги начинают работать на ней с уверенностью. Она стоит около полутора миллионов долларов, а ее эксплуатация и поддержка обходятся еще в миллион в год. Подготовка хирургов осуществляется изготовителем и стоит до четверти миллиона.
Как считают создатели этой и подобных систем, они представляют собой только начало цифровой хирургии. Ее вероятные пути развития – телехирургия, при которой пациент может находиться на любом расстоянии от хирурга, в т.ч. на корабле, на поле боя, в космосе или другом месте, где нет поблизости хирургических отделений. Другое направление – более точное приближение работы хирурга на консоли к обычной хирургической практике и, в частности, передача тактильных ощущений на консоль. Возможно также развитие компьютерных алгоритмов, ассистирующих хирургу во время операции.
Всего на рынке существовали или существуют сотни подобных систем различных назначений. Их выпускали и многие другие компании, включая Brainlab, Ste COLLIN, Storz, Praxim. В 2003 году Intuitive Surgical, выпускающая систему da Vinci, объединилась с компанией Computer Motion, создававшей такие системы в США ранее.
Дмитрий Крылов VOA.GOV