Самоходен робот ще асистира сърдечни операции

Когато се придвижват в тъмна среда, плъховете размахват мустаците си срещу близки обекти, за да разберат къде се намират. Когато животните изследват, те използват това чувство за допир, за да изградят карти на непознати места. Хлебарките и слепите раци използват антенките си в подобен подход.

Сега, стратегията go-by-feel – напредване с напипване – е вдъхновила създаването на роботизиран катетър, способен да намери пътя си през биещото сърце на живи прасета по време на хирургична процедура без помощта на ръководната ръка на хирурга. Откритието показва, че използването на устройства без външен контрол като част от операцията е възможно, казват изследователите. Като цяло екип от учени завършиха 83 изпитвания върху група от пет живи свине. Катетърът достигнал предназначението си в 95 процента от времето и имал почти същия успех като опитен хирург.

Да се създаде подобен робот не беше лесна работа.

„Това е може би най-трудното нещо, което някога съм правил“, казва Пиер Дюпон, биоинженер в Бостънската детска болница в Масачузетс, който ръководи новата работа и работи в медицинската роботика поне десет години. „Самото въвеждане на системата, за да работи надеждно в едно живо същество, само по себе си е висока летва. Но, отгоре на това, ние трябва да измислим необходимите алгоритми, за да се движим в тялото напълно самостоятелно.

Първоначално Дюпон смятал, че идеята за катетър със самостоятелно управление е малко луда. Но такива устройства могат да повишат резултатите за пациентите, като позволят на хирурзите да се съсредоточат върху по-специфични аспекти на процедурата. Дюпон и колеги разработиха устройството, за да се справят с тежко състояние като спукано сърце.

Сърцето има четири камери и между тях има клапи, които поддържат изпомпването на кръвта в правилната посока. Старостта, хроничното бъбречно заболяване и някои сърдечни заболявания могат да предизвикат свиването на клапа между главната помпа и артерията, която доставя кръв към останалата част от тялото. Състоянието, известно като медицински стенози на аортната клапа, може да доведе до болка в гърдите, замайване, кръвни съсиреци, инсулт и сърдечна недостатъчност. Хирурзите решават проблема, като поставят изкуствени клапи в минимално инвазивна процедура, която не изисква отваряне на гръдния кош на пациента. Но понякога между новата клапа и заобикалящата я сърдечна тъкан се образува пролука, която предизвиква изтичане. Тук идват Дюпон, роботът и екипът му.

Инженерите са използвали машинно обучение, за да проектират катетър, който може да намери пътя си от най-долния край на сърцето до увредената клапа, близо до върха на органа. Накрайникът на катетъра е с размер на една стотинка и е снабден с LED светлина и камера. Той е достатъчно чувствителен на допир, за да знае дали е в контакт с кръв, сърдечна тъкан или клапа. Също така той усеща колко силен натиск упражнява.

Изследователите комбинираха това усещане с изображение от камерата на катетъра, за да създадат устройство със „зрително докосване”. На принципа на мустаците на плъховете и антените на раци, катетърът се движи вътре в сърцето чрез многократно осъществяване на контакт с тъканите и следване на стените на сърцето, докато достигне до местоназначението си. Тъй като устройството знае колко силен натиск упражнява, то не е вреди на сърдечната тъкан, докато я докосва. Веднъж доведени до точното място, хирурзите извършват манипулацията необходима, за да спрат теча. Навигацията при роботизирания катетър отнема приблизително същото време като хирурга, ръководещ катетъра, съобщават изследователите в списание Science Robotics.

„Работата доказва, че автономните катетри са технологично осъществими, казва Дюпон, а иновацията може да се окаже полезна за хирургическото изпълнение, като позволява на хирурзите да съсредоточат енергията си върху критичните стъпки, като фиксирането на пробива в сърцето, вместо да отделят и енергия за навигация и за запушване на отвора.

Най-голямата полза обаче може да бъде, че изкуственият интелект зад автономни медицински устройства никога не спира да се учи“, според Дюпон. Той предвижда бъдеще, в което програмите зад устройствата постоянно се учат от всички останали устройства. В това бъдеще „изведнъж всеки лекар, в партньорство с един от тези роботи, би могъл да повиши уменията си до нивото на най-опитния човек”, каза той.

Превод – Нина Жишева