1

Роботы на мозге

КАЛГАРИ – Когда Харви Кушинг и Уильям Боуи в 1926 году представили миру электрокоагуляцию (когда при помощи высокочастотного тока запечатываются кровеносные сосуды и делаются надрезы), их инновация трансформировала нейрохирургию. Учитывая точность, необходимую для работы на таком тонком органе, как мозг, сближение механических технологий и искусства хирургии катализировало прогресс в данной области.

Развитие нейрохирургии всегда идет по пути минимализма. Как и в любой другой хирургии, чем меньше процедура затрагивает тело, тем меньше вероятность отрицательно повлиять на качество жизни пациента и тем раньше пациент сможет вернуться к нормальной деятельности.

Chicago Pollution

Climate Change in the Trumpocene Age

Bo Lidegaard argues that the US president-elect’s ability to derail global progress toward a green economy is more limited than many believe.

Этот императив становится еще более выраженным в случае чувствительных неврологических процедур. Такие задачи, как вмешательство в мелкие кровеносные сосуды, 1-2 миллиметра в диаметре, или удаление опухоли головного мозга без повреждений окружающих тканей, требуют применения технологий, таких как операционный микроскоп и мультимодальные инструменты визуализации, которые дополняют навыки хирурга и увеличивают его возможности.

Следующим шагом будет позволить роботу, управляемому человеком, проникнуть в мозг. Роботы способны выполнять повторяющиеся задачи с более высокой степенью точности и достоверности, нежели люди, и не страдают от мышечной усталости. Их также можно периодических обновлять, без проблем интегрируя в них новые функции.

Чего роботу не хватает, так это мыслительных способностей человеческого мозга. Учитывая, что понимание ‑ и адекватная реакция ‑ включают в себя огромное количество переменных, которые могут возникнуть во время операции и потребовать огромных вычислительных мощностей, целью создания хирургических роботов является интеграция человеческого опыта и способности принимать решения с ��еханизированной точностью.

Одним из примеров подобной конвергенции является роботизированная хирургическая система neuroArm, разработанная моей исследовательской группой в университете Калгари совместно с инженерами из MacDonald, Dettwiler and Associates. NeuroArm действительно имеет две руки, способные удерживать различные хирургические инструменты, в то время как хирург может манипулировать ими при помощи удаленной рабочей станции.

Рабочая станция предоставляет множество данных ‑ в том числе и магнитно-резонансную томографию (МРТ), трехмерное изображение операционного поля, звуковую информацию и количественную оценку осязательной (или тактильной) обратной связи, возникающей при взаимодействии инструмента с тканью ‑ которые позволяют хирургу ощутить операцию через зрение, слух и осязание. Ввиду того что человеческий мозг принимает решения на основе сенсорной информации ‑ и, разумеется, опыта ‑ подобные данные крайне важны для хирурга, чтобы сделать возможными наиболее осознанные выборы во время операции.

Такие технологии, как МРТ, могут помочь при хирургическом планировании, контроле резекции и обеспечении качества. МРТ-совместимая робототехника дает доступ к созданию изображений в реальном времени, дающих информацию об анатомических структурах и изменениях в мозгу, связанных с хирургической патологией в течение операции, минимизируя риски.

Учитывая, что робот получает изображения МРТ и обеспечивает тактильную обратную связь, существует возможность еще до начала процедуры установить электронные шоссе или хирургические коридоры, а также создать хирургические зоны «запрета». Таким образом, инструмент манипулирования проходит только в пределах заданного коридора, исключая вероятность случайного повреждения мозга.

Кроме того, роботизированная хирургия имеет потенциал для того, чтобы прогрессировать за рамки человеческих возможностей. Масштабирование движений ‑ которое позволяет роботизированным рукам точно имитировать движения рук хирурга в гораздо меньших масштабах ‑ позволит хирургам манипулировать тканями, которые слишком малы для обнаружения невооруженным глазом. С развитием более маленьких микрохирургических инструментов и высокоэффективных камер и мониторов откроется возможность работы на клеточном уровне.

Смежной областью, несущей в себе важные последствия для нейрохирургии, является виртуальная реальность. Основываясь на технологии моделирования, виртуальная реальность позволит хирургам репетировать процедуры, в том числе с использованием хирургических модулей, в цифровой среде. Возможность отображать сложные случаи из практики и редкие процедуры до их совершения на пациенте несомненно приведет к повышению хирургической производительности и оптимизации медицинских результатов.

Виртуальная реальность также улучшит процесс обучения хирургов, предоставляя студентам широкий спектр опыта и позволяя количественно оценить их работу. Хирурги, оперирующие вручную, знают, какое усилие они прикладывают, только по тому, как они это ощущают; хирургический симулятор, напротив, мог бы измерить это воздействие и сигнализировать, когда стажер прилагает чрезмерное или недостаточное давление.

Кроме того, инструкторы, посредством программного управления сценариями, смогут оценить, как стажер справляется в сложных обстоятельствах. Возможность отмены и повторения операции без какого-либо риска или дополнительных затрат значительно повысят уровень нейрохирургического образования. В конце концов, практика, это путь к совершенству.

Fake news or real views Learn More

Надо отметить, что виртуальная реальность остается относительно молодой технологией. Учитывая, что реалистичное нейрохирургическое моделирование, которое должно учитывать большое количество переменных и возможных последствий, крайне сложно развивать, виртуальная реальность пока еще слабо задействована в данной области. Однако хирургические технологии моделирования быстро развиваются, ускоренные развитием технологий параллельных вычислений. По мере того как эти модели будут становиться все более реалистичными, их обучающая ценность будет расти.

Слияние человеческого хирургического опыта с машинами и компьютерными технологиями ведет к развитию нейрохирургии, а роботизированная хирургия выступает в качестве важной модели выгод использования человеко-машинного интерфейса. Добавьте к уравнению виртуальную реальность, и будущее нейрохирургии обретет форму ‑ будущее, в котором дисциплина будет возведена на новый уровень совершенства.