Ar po kelių dešimtmečių tik sudėtingos mašinos yra pasirengusios perimti operacijų valdymą?

Robotinė chirurgija yra bet kokios rūšies chirurginės procedūros, atliekamos naudojant robotines sistemas. Robotinė chirurgija buvo sukurta siekiant įveikti esamų minimaliai invazinių chirurginių procedūrų apribojimus ir pagerinti operaciją atliekančių chirurgų galimybes.

Atliekant robotizuotą minimaliai invazinę chirurgiją, chirurgas naudoja tiesioginį telemanipuliatorių arba kompiuterinį valdymą.

Telemanipuliatorius (pvz., „da Vinci“ chirurginė sistema) yra nuotoliniu būdu valdomų manipuliatorių sistema, leidžianti chirurgui dirbti realiu laiku stereoskopiniu matymu iš valdymo pulto, atskirto nuo operacinio stalo. Šioms operacijoms vis dar reikalingas chirurgo asistentas prie operacinio stalo.

Kompiuteriu valdomose sistemose chirurgas naudoja kompiuterinę sistemą, kad perduotų valdymo duomenis ir nukreiptų robotines rankas, nors šios sistemos taip pat gali naudoti telemanipuliatorius. Vienas iš kompiuterizuoto metodo pranašumų yra tai, kad chirurgui nereikia būti operacinėje, kad galėtų atlikti procedūrą, todėl galima atlikti nuotolinę operaciją ir netgi dirbtinio intelekto ar automatizuotas procedūras.

Pirmieji žingsniai

Pirmasis robotas, padedantis chirurgijoje, buvo „Arthrobot“, kuris buvo sukurtas ir pirmą kartą panaudotas Vankuveryje, Kanadoje, 1985 m. Šis robotas padėjo manipuliuoti ir nustatyti paciento koją pagal balso komandą. Tais pačiais metais robotas „Unimation Puma 200“ buvo naudojamas nukreipti adatą smegenų biopsijai neurologinės procedūros metu.

Devintojo dešimtmečio pabaigoje Londono imperatoriškasis koledžas sukūrė PROBOT, kuris vėliau buvo naudojamas prostatos operacijoms atlikti. Šio roboto privalumai buvo jo mažas dydis, tikslumas ir savanriškumas.

1992 m. buvo pristatytas ROBODOC, kuris padarė revoliuciją ortopedinėje chirurgijoje, nes galėjo padėti atlikti klubo sąnario pakeitimo operacijas.

Tolesnį robotizuotų sistemų kūrimą vykdė „SRI International ir Intuitive Surgical“, įdiegusi „da Vinci“ chirurginę sistemą. Pirmoji operacija buvo atlikta Ohajo valstijos universiteto medicinos centre Kolumbe, Ohajo valstijoje, vadovaujant Robertui E. Michleriui.

Privalumai ir trūkumai

Didelė pažanga, kurią padėjo pasiekti chirurginiai robotai, buvo nuotolinė chirurgija, minimaliai invazinė chirurgija ir nepilotuojama chirurgija. Dėl roboto panaudojimo operacija atliekama preciziškai, miniatiūrizuojant, mažesniais pjūviais; tai lemia sumažėjusį kraujo netekimą, mažesnį skausmą ir greitesnį gijimo laiką. Sutrumpėja buvimo ligoninėje trukmė, sumažėja kraujo netekimas, perpylimai ir sutrumpėja vaistų nuo skausmo vartojimas.

Tradicinė esama atviros chirurgijos technika turi daug trūkumų, tokių kaip ribota prieiga prie chirurginės zonos, ilgas atsigavimo laikas, ilgos operacijos valandos, kraujo netekimas, chirurginiai randai ir žymės.

Vienas didžiausių robotinės chirurgijos trūkumų yra jos kaina. Roboto kaina svyruoja nuo 1 mln. JAV dolerių iki 2,5 mln. už kiekvieną įrenginį. Norint valdyti sistemą, reikalingas papildomas chirurgo mokymas.

Buvo atlikta daugybė galimybių studijų, siekiant nustatyti, ar verta pirkti tokias sistemas. Šiuo metu nuomonės labai skiriasi. Chirurgai praneša, kad nors tokių sistemų gamintojai rengia mokymus apie šią naują technologiją, mokymosi etapas yra intensyvus ir chirurgai turi atlikti 150–250 procedūrų, kad išmoktų jas naudoti.

Tolima ateitis?

2004 m. Jungtinių Valstijų gynybos pažangių tyrimų projektų agentūra (DARPA) skyrė 1 milijono dolerių prizą bet kuriai grupei, kuri galėtų sukurti autonominį automobilį, galintį nuvažiuoti 230 kilometrų nelygiu reljefu nuo Barstow (Kalifornija) iki Primmo (Nevada). Po trylikos metų Gynybos departamentas paskelbė dar vieną apdovanojimą – šį kartą ne už robotą-automobilį, o už autonominius robotus-gydytojus.

Nuo devintojo dešimtmečio operacinėse buvo galima pamatyti robotus, skirtus, pavyzdžiui, paciento galūnių prilaikymui, o vėliau ir laparoskopinei operacijai, kai chirurgai gali naudoti nuotoliniu būdu valdomas roboto rankas, kad operuotų žmogaus kūną per mažas skylutes, o ne didžiulius pjūvius. Tačiau didžioji dalis šių robotų iš esmės buvo tik labai įmantrios skalpelių ir žnyplių, kuriuos chirurgai naudojo šimtmečius, versijos – neįtikėtinai sudėtingos ir galinčios dirbti neįtikėtinai tiksliai, tačiau chirurgo rankose vis dar buvo tik įrankiai.

Nepaisant daugybės iššūkių, tai keičiasi. Šiandien inžinieriai imasi veiksmų kurdami nepriklausomas mašinas, kurios ne tik gali pjauti ar susiūti, bet ir planuoti tuos pjūvius, improvizuoti ir prisitaikyti. Tyrėjai tobulina mašinų gebėjimą naršyti sudėtingose žmogaus kūno vietose ir derinti veiksmus su gydytojais. Tačiau tikrai autonomiškas chirurgas robotas – kaip ir tikri autonominiai automobiliai – dar gali būti labai tolima realybė. Ir jų didžiausias iššūkis gali būti ne technologinis, o įtikinti žmones, kad juos naudoti yra saugu.

„Naršymas“ žmogaus kūne

Kaip ir vairuotojai, chirurgai turi išmokti naršyti savo specifinėje aplinkoje – tai iš principo skamba kaip lengvas darbas, bet realiame pasaulyje yra be galo sudėtinga. Realiuose keliuose yra eismas, pėstieji – visa tai, kas nebūtinai rodoma „Google“ žemėlapiuose ir kurių automobilis turi išmokti vengti.

Nors kiekvieno žmogaus kūnas paprastai panašus vienas į kitą, mes visi esame ypatingi savo vidumi. Tikslus organų dydis ir forma, audinio buvimas ir nervų ar kraujagyslių išsidėstymas dažnai skiriasi priklausomai nuo žmogaus.

„Atskiri pacientai labai skiriasi“, - sako Barbara Goff, ginekologė onkologė ir Vašingtono universiteto medicinos centro Sietle (JAV) vyriausioji chirurgė. „Manau, kad tai gali būti iššūkis“. Ji naudoja laparoskopinius chirurginius robotus – tokius, kurie nejuda patys, bet atkartoja chirurgo judesius – daugiau nei dešimtmetį.

Kai kurie robotai jau turi tam tikrą savarankiškumą, vienas iš klasikinių pavyzdžių yra prietaisas  pavadinimu ROBODOC, kuris gali būti naudojamas klubų chirurgijoje, norint „nuskusti“ kaulą aplink klubo sąnarį. Tačiau su kaulais gana lengva dirbti, o užsifiksavęs vietoje jis mažai juda. „Kaulai nelinksta“, – sako Aleksas Attanasio, dabar „Konica Minolta“ tyrimų specialistas, kuris 2021 m. metinėje valdymo, robotikos ir autonominių sistemų apžvalgoje rašė apie robotus chirurgijoje.

Tęsinys kitame puslapyje:

Deja, likusią kūno dalį nėra taip lengva užfiksuoti. Pavyzdžiui, raumenys susitraukia, skrandis gurgia, smegenys virpa, o plaučiai plečiasi ir susitraukia, net prieš tai, kai chirurgas ten „patenka“. Ir nors žmogus chirurgas akivaizdžiai mato ir jaučia, ką daro, kaip robotas gali žinoti, ar jo skalpelis yra tinkamoje vietoje, ar audiniai pasislinko?

Vienas iš perspektyviausių variantų tokioms dinamiškoms situacijoms yra fotoaparatų ir sudėtingos stebėjimo programinės įrangos naudojimas. Pavyzdžiui, 2022 m. pradžioje Johnso Hopkinso universiteto (JAV) mokslininkai panaudojo įrenginį, pavadintą „Smart Tissue Autonomous Robot“ (sutrumpintai STAR), kad sujungtų du nupjauto žarnyno galus anestezuotoje kiaulėje – tai gali būti labai sudėtinga užduotis.

Žmogus operatorius pažymi žarnyno galus fluorescencinių klijų lašeliais, sukurdamas žymeklius, kuriuos robotas gali sekti (šiek tiek panašus į Holivudo filmo aktorių, vilkintį judesio fiksavimo kostiumą). Tuo pačiu metu kamerų sistema sukuria 3D audinio modelį, naudodama šviesos taškų tinklelį, projektuojamą ant srities. Kartu šios technologijos leidžia robotui „pamatyti“, kas yra priešais jį.

„STAR regėjimo sistema ypatinga tuo, kad ji leidžia ne tik atkurti, kaip tas audinys atrodo, bet ir pakankamai greitai, kad galėtumėte tai padaryti realiu laiku“, – sako STAR sistemos programuotojas, Hopkinso universiteto inžinerijos mokslų doktorantūros studentas Justinas Opfermannas. „Jei kas nors juda operacijos metu, galite tai aptikti ir sekti“.

Tada robotas gali naudoti šią vaizdinę informaciją, kad numatytų geriausią veiksmų eigą, pateikdamas žmogui operatoriui skirtingus planus, iš kurių galima pasirinkti tinkamiausią. Atliekant bandymus, STAR veikė gerai, nors ir ne tobulai. Iš viso 83 procentus laiko STAR veikė savarankiškai, tačiau žmogus vis tiek turėjo įsikišti 17 procentų laiko, kad ištaisytų klaidas.

„83 procentus tikrai galima įveikti“, – sako Opfermannas. Didžiausia problema buvo ta, kad robotas turėjo šiek tiek problemų rasti tinkamą kampą tam tikrose situacijose ir reikėjo žmogaus, kuris jį nustumtų į reikiamą vietą, sako Hopkinso studentas. Naujesnių, dar nepaskelbtų bandymų sėkmės rodikliai dabar viršija 90 procentų. Ateityje žmogui gali tekti tik patvirtinti planą, o tada stebėti, kaip jis vyksta, įsikišimo nereiks.

Išlaikyti saugos testą

Tačiau kol kas, savavaldžiame automobilyje, vairuotojo vietoje vis tiek kažkas turi būti. Taip gali būti kurį laiką ir daugeliui skirtingų autonominių robotų: nors teoriškai galėtume visą sprendimų priėmimą perduoti robotui, tai iškelia klausimą, kuris taip pat kankina automobilius be vairuotojų.

„Kas nutiks, jei kas nors nutiks blogo?“, - sako „Konica Minolta“ tyrimų specialistas Attanasio. „O jei automobilis pateks į avariją?“.

Bendra nuomonė šiuo metu yra tokia, kad geriausia yra išlaikyti žmonių kontrolę – bent jau atliekant priežiūros funkcijas, peržiūrint ir pasirašant procedūras bei budint nelaimės atveju.

Nepaisant to, įrodyti ligoninėms ir reguliavimo institucijoms, kad autonominiai robotai yra saugūs ir veiksmingi, gali būti didžiausia kliūtis tikrai savarankiškiems robotams. Ekspertai turi keletą patarimų, kaip tai įveikti.

Pavyzdžiui, robotų projektuotojai tikriausiai turės sugebėti reguliuotojams tiksliai paaiškinti, kaip robotai mąsto ir nuspręsti, ką daryti toliau, ypač jei jie pažengs iki taško, kai jie ne tik padės žmogui chirurgui, bet, atliks procentūras savarankiškai. Tačiau tai gali būti lengviau pasakyti nei padaryti, nes dabartinės dirbtinio intelekto sistemos kartais priima sprendimus ir mokslininkai nežino kai jos tai padaro. Dėl to inžinieriai gali norėti projektuoti „lengviau nuspėjamus“ robotus.

Pietro Valdastri, biomedicinos inžinierius iš Lidso universiteto Anglijoje ir vienas iš Attanasio bendradarbių, mano, kad gali būti, kad joks gamintojas negalės lengvai išspręsti reguliavimo klausimo. „Sprendimas yra sukurti sistemą, kuri, net jei ji būtų savarankiška, būtų saugi“.

Valdastri dirba su vadinamaisiais minkštaisiais robotais, ypač skirtais kolonoskopijai. Tradiciškai kolonoskopijos metu reikia įkišti lankstų vamzdelį – endoskopą – per žarnyną, kad būtų galima ieškoti ankstyvųjų gaubtinės žarnos vėžio požymių. Procedūra rekomenduojama visiems, vyresniems nei 45 metų amžiaus žmonėms, tačiau gali prireikti daug laiko ir daug treniruočių, kol operatorius įgyja įgūdžių dirbti su endoskopu.

Tačiau naudojant išmanųjį robotą, kuris gali laviruoti žmogaus kūne savarankiškai, darbas būtų daug lengvesnis. Tada gydytojas galėtų susitelkti ties ankstyvaus vėžio požymių paieška. Ir šiuo atveju robotas, sukurtas iš minkštų medžiagų, iš prigimties būtų saugesnis nei standesni įrenginiai. Tai netgi gali sumažinti anestezijos ar sedacijos poreikį, sako Valdastri, nes taip būtų lengviau išvengti spaudimo prie žarnyno sienelių.

Tobulėjant technologijai, teigia Opfermannas, autonominiai robotai gali pradėti gauti institucijų patvirtinimą tik paprastesnėms užduotims atlikti, pavyzdžiui, laikyti fotoaparatą. Patvirtinus vis daugiau šių pagrindinių darbų, užduotys gali susiformuoti į savarankišką sistemą. Jis sako, kad automobiliuose pirmiausia buvo įdiegta pastovaus greičio palaikymo sistema, bet dabar yra stabdžių pagalbinė priemonė, eismo juostos pagalbinė sistema ir netgi pagalbinė parkavimo sistema – visa tai sukurta taip, kad šias funkcijas būtų galima atlikti be vairuotojo įsikišimo.

„Manau, kad tai bus panašu, – sako Opfermannas, – kai matome mažas, savarankiškas užduotis, kurios galiausiai susijungia į visą sistemą“.

Komentarai ()