Робот-хирург Surgical Robot Transformer-Hierarchy (SRT-H) проводит операцию на желчном пузыре у трупа свиньи. Источник: Juo-Tung Chen/Johns Hopkins University
Болезненные камни в желчном пузыре и повторяющиеся инфекции — это причины, по которым иногда приходится удалять желчный пузырь. Сегодня эту небольшую лапароскопическую (через прокол) операцию проводит хирург, но однажды такие и другие операции на мягких тканях могут стать уделом роботов.
Робот, обученный на видеозаписях операций, почти автономно выполнил длительный этап удаления желчного пузыря, или холецистэктомии. Это было сделано на реалистичной модели — желчном пузыре трупа свиньи.
Во время операции робот реагировал на голосовые команды, которые давала хирургическая бригада, и учился на основе этой обратной связи. Результаты исследования опубликованы в журнале Science Robotics.
«Этот прогресс переводит нас от роботов, которые могут выполнять конкретные хирургические задачи, к роботам, которые действительно понимают хирургические процедуры», — говорит Аксель Кригер, специалист по медицинской робототехнике и доцент в Университете Джонса Хопкинса в США. «Это критическое различие, которое значительно приближает нас к клинически жизнеспособным автономным хирургическим системам, способным работать в грязной, непредсказуемой реальности реального ухода за пациентами».
Робот-хирург в действии
Космос сообщал о появлении в 2016 году умного тканевого автономного робота (STAR), который выполнил контролируемый кишечный анастомоз — операцию, при которой два сегмента кишечника сшиваются вместе. Это было сделано на живой свинье, но для этого потребовался большой разрез для доступа к кишечнику и значительное руководство со стороны человека.
Свиньи полезны в качестве заменителя человеческого тела в доклинических исследованиях, потому что их органы имеют схожую форму и размер.
В 2022 году обновлённая версия STAR выполнила операцию на четырёх живых свиньях, используя лапароскопический подход. Однако для этого потребовались специально маркированные ткани, работа в строго контролируемой среде и следование жёсткому, заранее определённому плану операции.
Последняя версия системы использует фреймворк «Surgical Robot Transformer-Hierarchy» (SRT-H) для адаптации к индивидуальным анатомическим особенностям в режиме реального времени, принятия решений на лету и самокоррекции, когда что-то идёт не так, как ожидалось.
Взаимодействие и обучение робота
SRT-H также интерактивен. Он может реагировать на голосовые команды — «захвати головку желчного пузыря» — и исправления — «передвинь левую руку немного влево» — и учится на основе этой обратной связи.
Он был обучен через «обучение подражанием» на видеозаписях хирургов из Джонса Хопкинса, которые проводили удаление желчного пузыря у трупов свиней. Визуальное обучение подкреплялось субтитрами с описанием задач.
Робот выполнил этап пережимания и разрезания во время холецистэктомии. Эта серия из 17 задач включала захват желчного пузыря, идентификацию протоков и артерий, стратегическое размещение клипс и разрезание частей ножницами.
Он провёл операцию на 8 желчных пузырях свиней со 100% точностью, но выполнил её дольше, чем человек-хирург.
«Так же, как хирурги-резиденты часто осваивают разные части операции с разной скоростью, эта работа иллюстрирует потенциал разработки автономных роботизированных систем аналогичным модульным и прогрессивным образом», — говорит соавтор и хирург из Джонса Хопкинса, доктор Джефф Джоплинг.
Робот даже адаптировался к неожиданным условиям, таким как изменённое начальное положение и красители, похожие на кровь, которые изменили внешний вид желчного пузыря и окружающих тканей.
«Для меня это действительно показывает, что возможно выполнение сложных хирургических процедур автономно», — сказал Кригер. «Это доказательство концепции того, что это возможно, и что эта структура обучения подражанием может автоматизировать такую сложную процедуру с такой высокой степенью надёжности».
Команда планирует обучить систему большему количеству типов операций и расширить её возможности для выполнения этих операций полностью автономно.