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 рецидивирующие инфекции — это причины, по которым иногда приходится удалять этот орган. Сегодня операцию проводит хирург с помощью малоинвазивной лапароскопической (через проколы) хирургии, но однажды такие операции на мягких тканях могут полностью перейти к роботам.
Робот, обученный на видео с операциями, почти автономно выполнил длительный этап удаления желчного пузыря (холецистэктомии) 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 важное различие, которое значительно приближает нас к клинически жизнеспособным автономным хирургическим системам, способным работать в сложной и непредсказуемой реальности реального ухода за пациентами».
Робот-хирург в действии
Космос сообщал о появлении умного тканевого автономного робота (STAR) в 2016 году. Он 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, поскольку их органы имеют схожую форму и размер.
В 2022 году обновлённая версия STAR провела операцию на четырёх живых свиньях с использованием лапароскопического подхода. Однако для этого потребовались специально маркированные ткани, работа в строго контролируемой среде и следование жёсткому, заранее определённому хирургическому плану.
Последняя версия системы использует структуру «Surgical Robot Transformer-Hierarchy» (SRT-H) для адаптации к индивидуальным анатомическим особенностям в режиме реального времени, принятия решений на лету и самостоятельной коррекции, когда что-то идёт не так.
Робот взаимодействует
SRT-H также может реагировать на голосовые команды — например, «захвати головку желчного пузыря» — и на корректировки — «передвинь левую руку немного влево» — и учиться на основе этой обратной связи.
Он был обучен с помощью «обучения через подражание» на видео, где хирурги из Джонса Хопкинса удаляют желчный пузырь у трупов свиней. Визуальное обучение подкреплялось субтитрами с описанием задач.
Робот выполнил этап пережимания и разрезания при холецистэктомии. Эта последовательность из 17 задач включала захват желчного пузыря, идентификацию протоков и артерий, стратегическое размещение зажимов и разрезание частей ножницами.
Он выполнил операцию на 8 желчных пузырях свиней со 100% точностью, но затратил на это больше времени, чем хирург-человек.
«Это показывает, что можно выполнять сложные хирургические процедуры автономно», — сказал Кригер. «Это доказательство концепции того, что это возможно, и что эта структура обучения через подражание может автоматизировать такие сложные процедуры с высокой степенью надёжности».
«Эта работа демонстрирует потенциал разработки автономных роботизированных систем аналогичным модульным и прогрессивным образом», — говорит соавтор и хирург из Джонса Хопкинса, доктор Джефф Джоплинг.
Команда планирует обучить систему большему количеству типов операций и расширить её возможности для полностью автономного выполнения этих операций.