«ВЕЛИКИЕ ОТКРЫТИЯ И ИЗОБРЕТЕНИЯ В ОБЛАСТИ МЕДИЦИНЫ XX-XXI ВВ» Реферат :"Роботы-помощники во время операции"

Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение «Саткинский медицинский колледж»

«ВЕЛИКИЕ ОТКРЫТИЯ И ИЗОБРЕТЕНИЯ В ОБЛАСТИ МЕДИЦИНЫ XX-XXI ВВ»

Роботы-помощники во время операции

Работу выполнила:

Горбунова О.К.

Группа 202-ф

Руководитель:

Сукшина Ю.В.,

преподаватель анатомии.

Сатка, 2024

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………….. 3

ГЛАВА 1 ЧТО ТАКОЕ РОБОТЫ-ХИРУРГИ ………………………….. 5

1.1 История развития роботов-хирургов……………………………………. 5

1.2 Классификация медицинских роботов…………………………………. 6

ГЛАВА 2 ВИДЫ РОБОТОВ- ХИРУРГОВ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ В МЕДИЦИНЕ……………………………………………………………………

2.1 Виды роботов-хирургов ……………………..……………………………… 7

2.2 Применение роботов и искусственного интеллекта в медицине ……… 8

ГЛАВА 3 ПОМОЩЬ РОБОТОВ-ХИРУРГОВ В МЕДИЦИНЕ . 9

3.1 Как медицинские роботы могут улучшить здравоохранение……………. 9

3.2Четыре робота, которые изменили представления о хирургии…………. 11

3.3Плюсы и минусы роботов-помощников………………………………….. 15

ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………………….. 16

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ…………………………… 17

ПРИЛОЖЕНИЕ…………………………………………………………….. 18

ВВЕДЕНИЕ

Роботы помощники в хирургии представляют собой революционное направление в медицине. Использование роботизированных технологий позволяет улучшить точность операций, минимизировать инвазивность и сократить время восстановления пациентов.

Современные хирургические системы, такие как Da Vinci, обеспечивают хирургу высокую степень контроля и возможность выполнять сложные манипуляции с минимальными разрезами. Это существенно снижает риск осложнений и сокращает время пребывания в больнице.

С развитием искусственного интеллекта и машинного обучения, работа робот-помощников становится еще более эффективной. Они могут анализировать данные пациента в реальном времени и помогать врачам принимать более обоснованные решения.

Таким образом, внедрение роботов в хирургические практики открывает новые горизонты для лечения и повышает качество медицинской помощи.

Актуальность: Использования роботизированных помощников в хирургии обусловлена рядом преимуществ: Расширение инструментала хирурга, возможность более подробно рассмотреть орган, снижение вероятности заражения организма пациента, основное предназначение медицинских роботов — подстраховать человека и сделать его движения более точными и плавными.

Цель: Изучить возможность применения роботов-помощников в хирургии.

Задачи:

1 изучая интернет-ресурсы, ознакомиться с историей возникновения роботов- хирургов;

1. изучить какие области медицины используют роботы помощники;

3 рассмотреть медицинские модели роботов.

Объект исследования: Роботы-помощники

Предмет исследования: Роботы-помощники в хирургии

Методы исследования:

1. анализ и сбор информации по теме проекта;

2 обобщение и анализ полученных данных.

Практическая значимость: материалы данной работы могут использоваться на практических занятиях по клиническим дисциплинам.

Структура работы: работа выполнена на страницах печатного текста, состоит из введения, 3 глав, заключения и списка используемых источников.

ГЛАВА 1 ЧТО ТАКОЕ РОБОТЫ-ХИРУРГИ

1.1История развития роботов-хирургов

Роботы-хирурги представляют собой инновационные технологии в медицине, которые в последние десятилетия стали широко использоваться во многих странах. Но как началась история их развития?

Первые шаги в создании роботов-хирургов были сделаны в СССР еще в 1960-х годах. Ученые из Института проблем передачи информации (ныне ИППИ РАН) разработали прототип робота-хирурга, оснащенного манипуляторами и камерой. Но, к сожалению, из-за отсутствия необходимых ресурсов и технологических возможностей, проект так и остался на бумаге.

В середине 1980-х годов робототехника стала активно развиваться в США. Компания Intuitive Surgical создала одного из первых коммерческих роботов-хирургов под названием AESOP – систему, которая была специально разработана для управления эндоскопическими камерами. Робот AESOP успешно использовался хирургами во время операций и стал первым шагом в развитии робототехники в хирургии.

В 2000-х годах компания Intuitive Surgical вновь удивила медицинскую и научную общественность, представив робота-хирурга da Vinci Surgical System. Эта система, состоящая из пульта управления и манипуляторов, позволяет хирургам выполнять сложные операции с высокой точностью и уменьшать риски для пациентов. Da Vinci быстро стал популярным во многих странах и стал золотым стандартом робототехники в хирургии [1].

В последние годы инновации в области робототехники не останавливаются. Новые роботы-хирурги разрабатываются и усовершенствуются с целью улучшения результатов операций и снижения рисков для пациентов. Робототехника стала незаменимым инструментом в хирургической практике, поэтому дальнейшее развитие этой области обещает быть увлекательным и полезным для медицины.

1.2Классификация медицинских роботов

С появлением медицинских роботизированных технологий появились новые термины. В частности, телехирургия — использование при хирургическом вмешательстве устройств «ведущий–ведомый», в которых ведущий и ведомый компоненты физически разделены. Хирург, который располагается на удаленном расстоянии от операционного стола осуществляет активное управление инструментами. Обмен данными между консолью хирурга и инструментами происходит по телекоммуникационной линии. Хотя устройства «ведущий–ведомый» обычно находятся в одном и том же помещении во время операции, процедура может быть выполнена с помощью хирургической консоли, расположенной в другой комнате или даже в другом регионе.

Сегодня всех существующих хирургических роботов можно разделить следующим образом:

Пассивные роботы — не обладают автономией. Управляются вручную, самостоятельно движений не выполняют (например, Neuronavigator).

Телеуправляемые роботы — не обладают автономией. Удерживают хирургические инструменты, которыми управляет человек дистанционно (например, da Vinci).

Полуактивные (взаимодействующие) роботы — «истинные роботы-ассистенты». Оператор постоянно контролирует систему. Робот обеспечивает некоторое управление. Примеры включают роботов с виртуальными функциями (полуактивные — Renaissance, Navio; взаимодействующие — Mako).

Активные роботы, обладающие автономностью в рамках конкретной задачи. Оператор осуществляет дискретный контроль, робот выполняет определенное задание автономно, но с инициативы оператора (например, ROBODOC).

Активные роботы, которые автономно выполняют запланированное движение, условно автономные роботы. Оператор строит и подтверждает хирургический план/план лечения. Робот выполняет процедуру автономно под контролем оператора.

ГЛАВА 2 ВИДЫ РОБОТОВ- ХИРУРГОВ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ В МЕДИЦИНЕ

2.1 Виды роботов-хирургов

Роботы-хирурги изначально были разработаны для помощи в сложных хирургических операциях, и с течением времени их применение стало расширяться. Сегодня существует несколько различных типов роботов-хирургов, каждый из которых имеет свои особенности и применение в медицинской практике.

- Телекоммуникационные роботы: Такие роботы оснащены камерами и дистанционными управляемыми манипуляторами, которые позволяют хирургу выполнять операцию на расстоянии. Такие системы особенно полезны, когда в операционной работает опытный хирург, который может помочь менее опытному коллеге в другом месте или даже в другой стране.

- Автономные роботы: Автономные роботы-хирурги обладают способностью самостоятельно выполнять операции. Они оснащены специальными алгоритмами и сенсорами, которые позволяют им анализировать окружающую среду и принимать решения на основе полученных данных. Такие роботы могут использоваться в сложных операциях, где высока степень точности и нетерпимость к ошибкам.

- Ассистирующие роботы: Ассистирующие роботы-хирурги предназначены для работы вместе с хирургом. Они имеют специализированные манипуляторы и инструменты, которые позволяют выполнять различные задачи, такие как поддержка и фиксация органов, удаление инородных тел и др.

- Нанороботы: Нанороботы являются самыми маленькими роботами-хирургами и обладают уникальными возможностями. Они могут перемещаться внутри организма пациента, достигая даже самых труднодоступных мест. Нанороботы используются для доставки лекарственных препаратов, проведения диагностики и лечения различных заболеваний [2].

В современной медицине роботы-хирурги применяются в различных областях, от общей хирургии до онкологии и кардиохирургии. Благодаря точности и возможности управления издалека, роботы-хирурги могут уменьшить риск осложнений и сократить время восстановления пациента после операции. Однако, несмотря на них, важно помнить, что хирурги-роботы работают в сотрудничестве с живыми хирургами, и их применение требует высокой квалификации и опыта.

2.2 Применение роботов и искусственного интеллекта в медицине

Роботы-помощники и искусственный интеллект (ИИ) значительно улучшают работу врачей в различных аспектах медицинской практики. Вот несколько ключевых направлений, где они оказывают помощь:

Диагностика:

ИИ может анализировать медицинские изображения (например, рентген, МРТ, КТ) с высокой точностью, помогая врачам выявлять заболевания на ранних стадиях.

• Алгоритмы машинного обучения могут обрабатывать большие объемы данных, выявляя закономерности и предсказывая возможные диагнозы.

Персонализированное лечение:

ИИ помогает разрабатывать индивидуальные планы лечения на основе анализа генетических данных и истории болезни пациента.

• Роботы могут учитывать множество факторов, таких как возраст, пол, сопутствующие заболевания и предпочтения пациента [3].

Хирургия: Роботы-помощники могут выполнять минимально инвазивные операции с высокой точностью, что снижает риск осложнений и ускоряет восстановление пациента.

• Они могут предоставлять хирургу улучшенную визуализацию и доступ к труднодоступным участкам.

Мониторинг пациентов:

ИИ-системы могут отслеживать состояние пациентов в реальном времени, анализируя данные с носимых устройств и других сенсоров.

• Это позволяет врачам быстро реагировать на изменения в состоянии здоровья пациента.

Управление данными: ИИ помогает организовывать и анализировать большие объемы медицинских данных, что облегчает доступ к информации и улучшает принятие решений.

• Автоматизация рутинных задач, таких как ввод данных и управление документацией, позволяет врачам сосредоточиться на пациенте.

Обучение и симуляция:

Роботы и ИИ могут использоваться для обучения медицинского персонала, предоставляя возможность отрабатывать навыки в симуляциях.

• Это помогает повысить квалификацию врачей и улучшить качество медицинской помощи.

Поддержка принятия решений:

ИИ-системы могут предоставлять врачам рекомендации по лечению на основе анализа клинических данных и научных исследований.

• Это способствует более обоснованным и эффективным решениям в процессе лечения.

Эти технологии не только повышают качество медицинской помощи, но и делают её более доступной и безопасной для пациентов.

ГЛАВА 3 ПОМОЩЬ РОБОТОВ-ХИРУРГОВ В МЕДИЦИНЕ

3.1 Как медицинские роботы могут улучшить здравоохранение

Роботы в области медицины меняют методы проведения операций, упрощая доставку медицинских материалов и дезинфекцию, а также высвобождая время медицинских работников для взаимодействия с пациентами. Что ж, идея робототехники в здравоохранении не нова — она существует с конца 1980-х, когда первые роботы в области медицины предлагали хирургическую помощь с помощью технологий роботизированных рук [4].

Медицинские роботы могут помогать, поддерживать и расширять спектр услуг, которые предлагают медицинские работники. В работах с повторяющимися и монотонными функциями они могут даже получить возможность полностью заменить человека. Медицинские работники могут узнать больше о медицинских роботах, например, о том, на что способны эти роботы, как с ними работать, как они могут дополнять повседневные задачи. Мы расскажем вам все о том, как роботы могут помочь медицинским работникам. Настоящее волшебство 21 века заключается в том, что врачи и роботы работают рука об руку и обеспечивают качественную помощь.

Качественный уход за пациентами

Медицинские роботы поддерживают минимально инвазивные процедуры, индивидуальное и частое наблюдение за пациентами с хроническими заболеваниями, интеллектуальную терапию и социальную активность пожилых пациентов.

Операционная эффективность

Сервисные роботы упрощают рутинные задачи, снижают физическую нагрузку на людей и обеспечивают более стабильные процессы. Эти роботы могут отслеживать запасы и размещать своевременные заказы, помогая убедиться, что расходные материалы, оборудование и лекарства находятся там, где они необходимы.

Безопасная рабочая среда

Сервисные роботы помогают обеспечивать безопасность медицинских работников, перевозя расходные материалы и постельное белье в больницах, где существует риск воздействия патогенов. Роботы для уборки и дезинфекции ограничивают воздействие патогенов, помогая уменьшить внутрибольничные инфекции (HAI), и сотни медицинских учреждений уже используют их. Социальные роботы также помогают с тяжелой работой, например, с перемещением кроватей или пациентов, что снижает физическую нагрузку на медицинских работников.

Роботы-помощники хирурга

По мере развития технологий управления движением хирургические роботы стали более точными. Эти роботы помогают хирургам выполнять сложные микропроцедуры, не делая больших разрезов. Область хирургической робототехники растет, чтобы более широко использовать ИИ. Компьютерное зрение позволяет хирургическим роботам различать типы тканей в пределах их поля зрения.

Модульные роботы

Модульные роботы дополняют другие системы и могут быть запрограммированы для выполнения различных задач. Терапевтические роботы-экзоскелеты и роботизированные протезы рук и ног являются примерами в здравоохранении. Терапевтические роботы могут помочь в реабилитации после инсульта, паралича, черепно-мозговых травм или рассеянного склероза.

Многие люди используют социальные сети, Netflix, Siri, Alexa и другие «умные системы», не осознавая, что многие из этих систем основаны на машинном обучении. По мере продвижения каждой из этих разработок ИИ и робототехники в здравоохранении чиновникам будет лучше объяснять преимущества этих достижений, а не технологии, чтобы помочь сгладить кривые внедрения и развеять любые опасения по поводу использования ИИ и роботов в здравоохранении. Медицинское пространство [5].

3.2 Четыре робота, которые изменили представления о хирургии

Хирургия – древнейшая медицинская специальность. Вырезать отравленный наконечник стрелы из тела соплеменника и прижечь рану раскаленным железом, уже было хирургической операцией. И даже ударом по голове обезболивали процедуру – ведь человек без сознания не испытывает боли. Уже 8 тысяч лет назад умели удалять камни из мочевого пузыря и делать трепанацию черепа. Образ хирурга ХIХ-ХХ века неотделим от скальпеля, сверла и долота, которые без обезболивания и наркоза вполне могли служить орудиями пыток.

Медицинские роботы сегодняшнего и завтрашнего проникают в доселе недоступные части человеческого организма и оперируют в тех областях, куда до этого не подступался ни один хирург.

Аппендицит вчера и завтра: как проходит стандартная операция по поводу аппендицита? Операционное поле изолируется стерильным материалом, обезболивается с помощью инъекций, скальпелем производится разрез, специальными металлическими зажимами пережимаются сосуды и останавливается кровотечение, хирург находит воспалившийся участок кишечника, с помощью скальпеля удаляет его, зашивает иглой со специальным шовным материалом, затем послойно ушивает разные анатомические образования, которые находятся между кожей и кишечником. Последней зашивается рана от разреза на коже. Через 1-2 недели снимаются швы (См. Приложение 1).

Робот SurgiBot позволит провести ту же операцию по удалению аппендикса лапароскопически – через прокол в коже — с высокой точностью. Хирург, управляя двумя щупами и камерой-фонариком, наблюдает за ходом процесса на стандартном мониторе, регулируя чувствительность управляющих ручек для повышения точности движения щупов.

Минимум боли, минимум кровопотери и травматичности, практически нет риска инфицирования, косметический эффект и быстрое восстановление после вмешательства – вот несомненные плюсы.

Да Винчи хирургии: Самым известным хирургическим роботом в мире является да Винчи. Это робот-ассистент, стоимость — 1,5-2 млн евро.

Да Винчи — ветеран, его начали использовать еще в конце 1990-х годов. Сегодня более 3000 da Vinci выполняют миллионы операций по всему миру. Большая часть их установлена в США, Израиле и Германии. Порядка двух десятков таких устройств есть и в России. Первая в России операция с использованием робота da Vinci была проведена на сердце в Москве в 2014 году (См. Приложение 2).

Отличает его точность инструментов, управляемых кончиками пальцев, четыре роботизированные руки с инструментами, имеющими 7 степеней свободы — больше, чем кисть человеческой руки — и изгибающиеся на 90 градусов[6].

Если представить прежние операции при опухолях, когда приходилось удалять целиком не только сам пораженный раком орган, но и окружающие ткани, то использование да Винчи позволяет провести сложные операции с сохранением органа и его функции. Прорывом стали гинекологические операции при злокачественных опухолях, когда женщина сохраняет способность забеременеть и выносить ребенка.

Молоток vs. Рободок: Одной из самых частых проблем в ортопедии являются заболевания суставов и переломы. Особенно трагичным является перелом шейки бедра, приводящий к инвалидности и иногда к смертельному исходу (См. Приложение 3).

Операции по замене крупных суставов выполняются давно, но являются сложными и травматичными. Сначала изготавливается эндопротез из металла, полимерного пластика или керамики. Процедура замены тазобедренного сустава протекает от полутора до трех часов и состоит в удалении пораженного сустава и замене его искусственным имплантатом. Всему этому предшествуют сложные расчеты, не гарантирующие полной точности – ведь в процессе операции нужно удалить разрушенную и пораженную часть кости, что можно точно определить только во время операции, при этом высок риск перелома бедра, т.к. используется молоток и долото. Риски операции также связаны с возможностью занесения инфекции в организм и большими кровопотерями.

Система Рободок(Robodoc) механически формирует полость необходимых размеров для установки протеза тазобедренного сустава. Предварительно Robodoc создает трехмерную модель на основании данных компьютерной томографии. Хирург выбирает необходимую модель протеза из загруженных в базу данных компьютерной системы. Далее Robodoc использует эти данные для формирования полости для установки протеза.

Получающаяся полость с очень большой точностью соответствует протезу, что улучшает исход.

Искусственный мозг оперирует настоящий мозг: Высокая точность особенно важна при операциях на головном мозге. Развитие роботов и компьютерных технологий в нейрохирургии и микрохирургии глаза прошло путь от помощников хирурга до роботов, чья цель состоит в выполнении операций на головном мозге без всякого вмешательства руки человека. Примером такого робота служит искусственная механическая рука, которая манипулирует различными инструментами и приборами, заполнена электромагнитными тормозами и датчиками.

Cистема Минерва (MINERVA) используется вместе с компьютерным томографом, с которым робот связан при помощи стереотаксической рамки, фиксированной к голове пациента. Робот сам по себе представлен в виде механизма, который держит инструменты. Он обладает семью степенями свободы и манипулирует скальпелями, электродрелями, сверлами, иглами, зондами, электродами для электрокоагуляции. Точность движений при этом выверяется до микрона.

Микророботы-эндоскопы и операции без разрезов: если кому-то приходилось проходить эндоскопическое исследование желудка (ФГС) или других органов – он долго не забудет эту неприятную процедуру, большинство описывают это как «проглотить шланг». Еще одним интересным направлением современной хирургии являются «умные» микророботы-эндоскопы, которые проходят через сложные изгибы кишечника. Биоинженерные технологии совершают революцию в XXI веке. Хирурги и инженеры сотрудничают более тесно, чем когда-либо ранее. Например, использовавшиеся при исследовании заброшенной атомной станции технологии заинтересовали медиков. Речь идет о роботе-змее The Flex System. Это гибкая эндоскопическая система, позволяющая проводить операции без единого разреза на теле. При оперативном вмешательстве система вводится через горло и может достигать самых труднодоступных мест (См. Приложение 4).

Кроме того, робот оснащен дополнительными инструментами, позволяющими проводить широкий спектр операций с высокой точностью, а также камерой высокого разрешения, позволяющей рассмотреть ткани органа в мельчайших подробностях.

Первоначально планируется применять «змею» для операций на гортани и ротоглотке, а по мере накопления опыта она сможет использоваться для операций на более труднодоступных органах.

3.3 Плюсы и минусы роботов-помощников Плюсы:

1. Роботизированная лапароскопия обеспечивает наиболее высокую точность выполнения манипуляций и их детальной визуализации.

2. Для проведения операции достаточно присутствия одного врача, а не целой бригады, что существенно сокращает расходы учреждения.

3. Система оснащена легкоуправляемой камерой на основе айтрекинга, которая передает на монитор 3D-изображение высокого разрешения.

4. Роботизированная хирургия на данный момент является наиболее эффективным методом проведения вмешательствах [7].

5. Реабилитационный период после цифровой лапароскопии минимален .

Минусы:

Наиболее существенным недостатком роботизированных операций является их высокая стоимость по сравнению с обычным хирургическим вмешательством. Но этот минус робота-хирурга касается практически любой внедряемой цифровой технологии. С другой стороны, максимально точный результат, практически полное отсутствие последствий и осложнений, а также значительное сокращение реабилитационного периода являются вполне логичным обоснованием повышения стоимости операции.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

При выполнении данной работы были выполнены все поставленные задачи.

1. изучая интернет-ресурсы, ознакомиться с историей возникновения роботов- хирургов.

2. изучить какие области медицины используют роботы помощники

3. рассмотреть медицинские модели роботов.

Цель исследовательской работы по анатомии достигнута.

С развитием искусственного интеллекта и машинного обучения, работа робот-помощников становится еще более эффективной. Они могут анализировать данные пациента в реальном времени и помогать врачам принимать более обоснованные решения.

Проделанная работа позволяет нам ознакомиться с роботами-помощниками в хирургии, его видах, плюсах и минусах также наглядным образом показать, как роботы изменили представление о хирургии. Мы можем констатировать, что развитие робототехники в хирургии представляет собой многообещающую область с большим потенциалом для дальнейших исследований и внедрения. Следующие шаги в развитии роботов-помощников могут включать улучшение их интеллектуальных способностей, разработку новых инструментов и техник, а также усиление безопасности и доступности робототехники для более широкого круга пациентов. Мы убеждены, что в будущем роботы-помощники сыграют ключевую роль в предоставлении более качественной и доступной медицинской помощи.

Полученные данные могут быть использованы на практических занятиях по клиническим дисциплинам.

Результат нашего исследования нас полностью удовлетворяет, поскольку мы не только достигли поставленной цели, но и приобрели новые ценные знания, которыми не только можно поделиться с другими, но и использовать самому.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1 Автоматизация медицинской помощи [Электронный ресурс]. – Режим

доступа: https://med.roche.ru/innovations/blog/robotics-in-healthcare.html

2 Архангилов, А. Х.Робототехника в хирургии // Эволюция роботизированной хирургии. - 2020 - 30 с.

3 Использование роботов в медицине: сайт. – 2023. – URL:

https://medgear.ru/stati/ispolzovanie-robotov-v-meditsine/ (дата обращения 10.11.24)

4 Медицина в цифре: как ИИ помогает врачам : сайт. – 2021. – URL: https://snob.ru/health/meditsina-v-tsifre/ (дата обращения 10.11.24)

5 Плюсы и минусы роботизированной медицины: сайт. – 2021. – URL: https://medgear.ru/stati/ispolzovanie-robotov-v-meditsine/ (дата обращения 10.11.24)

6 Суханов, М. А. Современные технологии в хирургии // Классификация и применение медицинских роботов. - 2020 - 54 с.

7 Da Vinci (робот-хирург) // Википедия : сайт. – 2023. – URL:

https://ru.wikipedia.org/?curid=1725944&oldid=140315808 (дата обращения 10.11.24)

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1

Робот-хирург SurgiBot

Приложение 2

Робот-хирург da Vinchi

Приложение 3

Робот Robodoc

Приложение 4

Робот-хирург-змеяTheFlexSystem