Робот-хирург «да Винчи»
Более пятисот лет назад Леонардо да Винчи досконально изучал анатомию и механику движений человека. Позже он применил эти сведения в своих удивительных изобретениях. Да Винчи первым стал изображать внутренние органы с нескольких ракурсов, чтобы помочь будущим медикам изучить строение тела.
Робот «да Винчи» — это робот-хирург, названый в честь художника и изобретателя Леонардо да Винчи.
Во время работы над своим механическим львом и роботом-рыцарем он стремился к тому, чтобы искусственные создания двигались так же, как живые. Инженеры воздали должное Леонардо за огромный вклад в развитие медицинской науки. В конце XX века появилась машина, которую назвали в честь великого флорентийца.
Робот «да Винчи» помогает врачам проводить сложные хирургические операции с высокой степенью точности. Робототехники, которые разработали механического хирурга, научили робота совершать те же движения, что характерны для рук живого врача.
История создания
Еще в 1985 году американские врачи впервые использовали робота-манипулятора Puma-560 в нейрохирургии, чтобы провести биопсию. В 1987 году состоялась первая успешная малоинвазивная операция на органах брюшной полости. Этот манипулятор был продолжением разработок, которые велись в Стэнфордском университете.
Успешные операции привлекли внимание DARPA, подразделения американского Министерства обороны, которое занималось перспективными исследованиями в разных областях науки. Военных интересовала возможность оперировать раненых бойцов на расстоянии. Поэтому правительство стало финансировать проекты, которые занимались созданием роботов-хирургов.
Разработкой занялась исследовательская организация SRI International, которая появилась на базе Стэнфордского университета. В 1995 году основатели компании Intuitive Surgical Inc. приобрели наработки SRI International и нашли инвесторов. Компания принялась развивать и дорабатывать готовый прототип. Результатом этого стал аппарат, который знают как робота-хирурга «да Винчи».
В 1997 году появился новый прототип, который назвали «Ленни», в честь молодого Леонардо да Винчи. Каждая новая версия была более совершенной. Она получала прозвище, которое заставляло вспомнить о великом мастере:
- Еще одной дали имя «Леонардо»;
- Другой — «Мона».
Окончательный вариант официально называется робот-ассистированной хирургической системой «да Винчи», в 2000 году он получил одобрение FDA, агентства, которое следит за качеством продуктов и медикаментов. Робота «да Винчи» стали производить серийно, поставлять в американские и зарубежные клиники, обучать хирургов работать с новой системой. Вскоре начали оперировать первых пациентов.
Устройство и принцип работы
Робот весит полтонны. Он состоит из:
- Консоли хирурга;
- Стойки пациента;
- Видеостойка.
Все компоненты робота соединяются между собой волоконно-оптическими кабелями. Каждый компонент стоит рассмотреть отдельно.
Консоль хирурга
Во время операции врач сидит за пультом управления и смотрит в окуляры стереовидоискателя. Туда передается увеличенное изображение операционного поля, а параллельно выводятся сообщения и пиктограммы, которые говорят о состоянии системы. Голову хирурга поддерживает удобная опора. Поэтому шея врача не устает даже во время долгих, сложных и напряженных операций.
Ниже располагаются джойстики, которые передают манипуляторам движения рук и пальцев оператора. На сенсорной панели, которая встроена в подлокотник, врач выбирает инструмент. Также на ней он настраивает опции, которые нужны для выполнения каких-либо действий.
Кнопочные панели управления позволяют врачу подстроить рабочее место под себя, а в случае непредвиденной ситуации отключить питание и остановить систему. Ножные педали используются для управления камерой, зажимания и смены манипулятора, а также для подачи электричества на некоторые инструменты.
Стойка пациента
Над больным располагаются четыре манипулятора, каждый из которых имеет семь степеней свободы и может изгибаться под углом до 90 градусов. Механические руки повторяют движения рук врача, но амплитуда их движений гораздо шире. Поэтому они легко орудуют там, куда сложно проникнуть рукам человека.
К двум манипуляторам крепятся инструменты, еще один используется для ассистирования. На четвертом находится камера высокого разрешения. Операции проводят с помощью инструментов EndoWrist, которые также разработала компания Intuitive Surgical. Это хирургические приборы для многоразового использования, каждый из них выпускается в трех вариантах — 5, 8, 12 миллиметров в диаметре.
На манипуляторе камеры установлена система обзора InSite, это трехмерный эндоскоп с оптоволоконной подсветкой. Три камеры с микрочипами передают видео высокой четкости, изображение дополнительно увеличивается, обрабатывается, удаляются помехи. Поэтому хирург получает идеальную трехмерную картину операционного поля.
Видеостойка
Изображение подается не только на консоль хирурга, но и на видеостойку, чтобы за ходом операции могли наблюдать другие специалисты. Сенсорный экран позволяет настроить качество видео и увеличить нужный фрагмент кадра. Со стойки можно управлять инструментами и регулировать освещение операционного поля.
На трех ее полках размещается дополнительное оборудование, которое может потребоваться во время хирургического вмешательства. К стойке подведены кабели всех основных систем и дополнительных инструментов.
Как используют систему
Робота-хирурга «да Винчи» используют, чтобы проводить операции на позвоночнике, органах мочеполовой системы, брюшной полости, грудной клетки, головы, шеи. С его помощью удаляют доброкачественные и злокачественные опухоли, лечат ожирение, ампутируют органы, которые невозможно вылечить, устанавливают электронные стимуляторы сердца и восстанавливают его митральные клапаны.
Система может компенсировать недостаточно плавные и точные движения рук человека. Поскольку манипуляторы очень маневренные, разрезы в тканях тела делают длиной от одного до нескольких сантиметров, а при операциях на сердце врачам не приходится разрезать грудину. Соответственно, риск появления осложнений после такого хирургического вмешательства ниже, кровопотери гораздо меньше, а швы получаются небольшими.
После таких операций пациенты быстрее выздоравливают и возвращаются к привычной жизни, им не нужно долгое время ходить с катетерами, делать многочисленные перевязки. Так как врач не касается инструментов, снижается вероятность того, что в рану попадут болезнетворные микроорганизмы.
Некоторые пациенты пока не готовы доверить свою жизнь роботам. Но в этом случае машина не действует самостоятельно и не принимает решений, она лишь передает движения оператора-человека. В операционной также находится анестезиолог, медсестра и ассистент хирурга, они наблюдают за машиной и состоянием больного.
Вероятность того, что робот сломается во время операции, ничтожно мала, а если такое произойдет, хирург прооперирует пациента «вручную». Пока что робот не способен передавать врачу тактильные ощущения, но разработчики уже занимаются этим вопросом. Intuitive Surgical выпустили больше 3000 аппаратов, в нескольких крупных городах России установлено 25 роботов «да Винчи».
Компания продолжает работу над аппаратом, стремится сделать его легче, а манипуляторы с инструментами прикрепить к потолку над операционным столом.
