Медицинские роботы: какие технологии разрабатывают для хирургии и восстановления движений

Медицинские роботы — это не только человекоподобные машины. Учёные создают миниатюрные гибкие инструменты для операций, носимые экзоскелеты для поддержки движений и интерактивные системы для людей с деменцией. Большинство таких разработок пока находятся на стадии исследований и ещё не готовы к широкому применению.

Что называют медицинским роботом

Робот — это машина, созданная для выполнения определённых задач. В медицине такие устройства могут иметь самые разные размеры и формы: от миниатюрных инструментов до конструкций, которые надевают на тело.

Обычно у робота есть датчик, способный распознавать свет, движение, тепло или звук, привод, преобразующий энергию в движение, и система управления — компьютерная программа, задающая действия устройства. Многие современные системы используют искусственный интеллект для обработки больших объёмов данных.

Медицинская робототехника развивается в нескольких направлениях. Исследователи создают хирургические инструменты, носимые устройства для поддержки мобильности и интерактивных роботов, которые могут предоставлять информацию и участвовать в общении. Однако большая часть этих технологий пока проходит разработку и проверку. Некоторые из них, по оценкам исследователей, могут стать доступными в течение ближайших пяти–десяти лет, но сроки и возможности применения остаются неопределёнными.

Интерактивные роботы при деменции

Учёные изучают, могут ли человекоподобные роботы помогать людям с деменцией и снижать нагрузку на тех, кто за ними ухаживает. Семейные опекуны часто оказывают поддержку в течение многих часов, что может приводить к значительному стрессу.

Одна из исследовательских групп сначала опросила пациентов и лиц, осуществляющих уход, в учреждениях сопровождаемого проживания, центрах для пожилых людей и клиниках памяти. На основе полученной информации специалисты адаптировали робота ростом около четырёх футов, то есть примерно 1,2 метра. Устройство оснащено сенсорным экраном на корпусе, может слушать, разговаривать, двигаться, показывать видео и танцевать.

Робот также способен побуждать человека вспоминать события прошлого: включать старые песни, обсуждать спорт или задавать вопросы. При болезни Альцгеймера кратковременная память может ухудшаться, тогда как воспоминания о событиях двадцати или тридцатилетней давности иногда сохраняются лучше. Воспоминания не восстанавливают память, но потенциально могут поддерживать эмоциональное благополучие и качество жизни. Робот способен терпеливо выслушивать одни и те же истории, не заменяя человеческого общения.

Другой вариант разработки — роботы, которые предоставляют ухаживающим основанную на научных данных информацию о деменции и советы по снижению собственного стресса. Эти системы также пока находятся в стадии разработки и изучения.

Гибкие роботы для хирургии

Роботизированная хирургия обычно предполагает небольшие разрезы или проколы, через которые вводят миниатюрные трёхмерные камеры и инструменты. В некоторых случаях такой подход может быть связан с меньшей болью и кровопотерей, меньшими рубцами, более быстрым восстановлением и меньшим числом осложнений по сравнению с традиционной операцией. Конкретные результаты зависят от вида вмешательства, состояния пациента и других факторов.

Отдельное направление — мягкие роботы, изготовленные из гибких материалов. Их изучают, в частности, для операций на мозге при аневризмах — ослабленных и выпяченных участках кровеносных сосудов. При малоинвазивном вмешательстве тонкий пластиковый катетер проводят по сосудам к мозгу, чтобы восстановить или закрыть изменённый участок. Катетеру приходится проходить множество изгибов, и иногда его трудно направить к нужной области. Если достичь аневризмы не удаётся, операцию могут отменить.

Исследователи используют трёхмерную печать для создания микрокатетеров, которыми можно управлять в ходе процедуры. Такие устройства способны изгибаться по команде и потенциально помогать достигать труднодоступных участков мозга. Другие группы изучают мягкие роботизированные технологии для операций на сердце и кишечнике, а также для биопсии лёгких. Эти инструменты считаются экспериментальными и не являются универсальной заменой существующим методам.

Протезы и экзоскелеты

NIH поддерживает исследования искусственных конечностей — протезов, предназначенных для замены утраченных или повреждённых частей тела. Некоторые роботизированные протезы соединяются с нервной системой и позволяют управлять движениями искусственной кисти, ноги или другой конечности.

Другой подход — экзоскелеты, работающие от батареи. Их надевают поверх конечностей, подобно одежде или обуви. Такие устройства могут синхронизироваться с мышцами, чтобы уменьшать нагрузку на них. Исследователи изучают, способны ли экзоскелеты поддерживать мобильность и снижать риск падений с возрастом.

Падения у пожилых людей могут приводить к переломам, госпитализации и инвалидности. Одна из причин падений заключается в том, что тело не всегда успевает достаточно быстро отреагировать на нарушение равновесия. Роботизированная система потенциально может реагировать быстрее, однако учёные продолжают работать над тем, чтобы сделать экзоскелеты легче и удобнее. Пока это направление также остаётся исследовательским.

Технологии не заменяют человеческую поддержку

Роботы могут быть полезны при повторяющихся или утомительных задачах, помогать с передвижением, предоставлять информацию и поддерживать отдельные этапы медицинских процедур. Но возможности таких систем имеют ограничения, а многие разработки ещё не прошли необходимую проверку для широкого применения.

Даже интерактивный робот не заменяет отношения между людьми. Любовь, эмпатия и эмоциональная связь остаются качествами человеческого общения. Поэтому робототехника рассматривается как возможное дополнение к медицинской помощи и уходу, а не как замена специалистам, близким или другим людям.

Источник: NIH News in Health — Medical Robots to the Rescue. Перевод и адаптация для Сити Клиник.