новости

한어Русский языкEnglishFrançaisIndonesianSanskrit日本語DeutschPortuguêsΕλληνικάespañolItalianoSuomalainenLatina

Текст | Наблюдение за Амино

Кто следующий Леонардо да Винчи? Возможно, именно этому вопросу медицинская промышленность уделяет самое пристальное внимание.

Хирургический робот да Винчи уникален своей революционной технологией и стал почти синонимом хирургических роботов. Однако, учитывая широкий спектр сценариев хирургического применения и множество болевых точек, рынок возлагает большие надежды на хирургических роботов в различных сценариях.

В настоящее время микрохирургические роботы являются не только следующим технологическим достижением, но и следующей взрывной областью. После десятилетий исследований это месторождение все ближе и ближе приближается к моменту «сингулярности».

В феврале этого года Medical Microinstruments, ведущая компания по производству зарубежных микрохирургических роботов, получила огромное финансирование в размере 110 миллионов долларов США.

Внутри страны такие компании, как Angtech Microelectronics и Dishi Medical, уже изложили свои планы и продолжают получать финансовую поддержку для ускорения своего прогресса. Например, компания Dishi Medical использует глазную хирургию в качестве отправной точки и в настоящее время проводит подтверждающие клинические испытания в Китае.

Итак, в области микрохирургических роботов родится следующий Леонардо да Винчи?

/ 01/ Проблемы, которые «народ» не может решить

В области хирургии микрохирургия, несомненно, является техническим достижением. Так называемая микрохирургия подразумевает использование оборудования с оптическим увеличением и микрохирургического оборудования для выполнения сложных и точных операций в очень небольшом диапазоне.

В классической микрохирургии врачу необходимо использовать микроскоп, чтобы исследовать и найти кровеносные сосуды и нервы размером всего один миллиметр или даже несколько десятых миллиметра, а затем использовать швы размером в микроны и тонкие, как паутина, для точного восстановления. и зашейте все важные кровеносные сосуды и нервы.

Поскольку поле зрения при микрохирургии обычно составляет всего 2-3 см, любое незначительное дрожание рук врача может напрямую повлиять на успех или неудачу операции. Следовательно, для этого требуется, чтобы техника микрохирурга была устойчивой, аккуратной, точной и умелой.

В настоящее время, благодаря достижениям в области микроскопов и инструментов, микрохирурги теперь могут выполнять супермикрохирургию, соединяя кровеносные сосуды диаметром от 0,3 до 0,8 миллиметра.

Благодаря уникальным преимуществам микрохирургии она нашла широкое применение в различных хирургических специальностях, включая офтальмологию, отоларингологию, нейрохирургию, пластическую хирургию и урологию.

Несмотря на быстрый прогресс, микрохирургия имеет ограничения.

Во-первых, вероятность совершить ошибку по-прежнему высока. Микрохирургия требует предельной точности, права на ошибку практически нет, и даже малейшее дрожание может нанести ненужный вред. Теоретически нам нужно избегать этих травм, но из-за сложности операции остается много проблем. Клинически будут различные осложнения, и их доля не мала. Данные показывают, что при операции по пилингу эпиретинальной мембраны частота осложнений колеблется от 2% до 30%.

Во-вторых, долгосрочная операция может легко привести к большей неопределенности. В зависимости от состояния пациента микрохирургическая операция может длиться от нескольких часов до более десяти часов и даже более тридцати часов. Поэтому каждая операция — это серьезное испытание мастерству и выносливости врача. Более того, это может привести к усталости и увеличить риск непреднамеренных ошибок.

В-третьих, это также наиболее ограничивает клиническую практику. Подготовка хирургов сложна и занимает чрезвычайно много времени. Потому что микрохирургия требует от хирурга высоких хирургических навыков и требует обширной подготовки, прежде чем хирург сможет выполнять такие операции клинически. С одной стороны, это требует таланта и терпения врачей, а с другой – многолетней подготовки. Микрохирургу, который может выполнить операцию по реплантации отрубленного пальца (фирменный метод микрохирургии), обычно требуется 3 года обучения, а весь цикл обучения может занять более 10 лет.

Поэтому, несмотря на различные ограничения, мировое медицинское сообщество исследовало применение роботизированных технологий в микрохирургии и разработало различные системы микрохирургических роботов (MSR).

Жара становится все выше и выше. Количество статей, посвященных MSR, публикуемых каждый год с 2000 по 2022 год, было получено путем поиска по различным ключевым словам в Google Scholar. Как видно из рисунка, количество исследований, связанных с MSR, в целом имеет тенденцию к увеличению.

Существуют различные признаки того, что система MSR может иметь большое значение в области микрохирургии.

/ 02/ Постоянное появление инициаторов перемен

Учитывая глубокие болевые точки, многие компании по всему миру сосредоточили свое внимание на этой области, и в процессе разведки возникло множество различных технических идей.

Одним из них является портативная роботизированная система.

В портативных роботизированных системах сам хирургический инструмент модифицируется в крошечную роботизированную систему, называемую «роботизированным инструментом». Хирурги манипулируют им для выполнения хирургических процедур. Роботизированные инструменты обеспечивают такие функции, как подавление тремора, фиксация глубины и т. д., поэтому их еще называют «устойчивыми руками».

«Микрон» является типичным примером. Его суть заключается в том, чтобы ощущать собственное движение с помощью ручного манипулятора и выборочно фильтровать ошибочные движения, такие как дрожание рук. Затем робот генерирует стабильное движение на кончике инструмента за счет активной компенсации ошибок. Робот Micron прост в управлении, оснащен руками, на которых удерживаются настоящие микрохирургические инструменты, которые легко помещаются в держатели и совместимы с традиционными хирургическими микроскопами.

Во-вторых, роботизированная система дистанционного управления.

В роботизированной системе с дистанционным управлением хирург манипулирует главным модулем для управления ведомым модулем, который заменяет руки хирурга для управления хирургическими инструментами. Система объединяет масштабирование движения и фильтрацию тремора с помощью сервоалгоритмов. Кроме того, он обеспечивает трехмерное восприятие за счет интеграции алгоритмов тактильной обратной связи или определения глубины на концах хирургических инструментов.

Типичным примером является «Хирургическая система Preceyes», которая состоит из компьютера, контроллеров движения, манипуляторов инструментов и подголовника, установленного на операционном столе. Разработанная для оптимальной производительности, система оснащена параллелограммными рычажными механизмами и регулируемыми противовесами, которые обеспечивают механическое RCM, защиту от перебоев в подаче электроэнергии и минимизируют крутящий момент шарнира. PSS использует динамическое масштабирование для преобразования грубого движения в точное четырехосное движение кончика инструмента. Кроме того, он использует границы расстояний на основе ОКТ для предотвращения непреднамеренных движений и включает фильтрацию тремора для уменьшения ятрогенной травмы сетчатки. Другие функции включают тактильную обратную связь, автоматическую смену инструментов, слуховую обратную связь вблизи сетчатки и улучшенный механизм втягивания для немедленного удаления датчика в случае несчастного случая. Эти функции повышают точность и безопасность, а также снижают риск случайного повреждения тканей.

В-третьих, совместно управляемые роботизированные системы.

В совместной роботизированной системе хирург и робот одновременно манипулируют хирургическими инструментами. Хирург непосредственно вручную манипулирует хирургическими инструментами, контролируя движение, а робот играет вспомогательную роль, обеспечивая вспомогательную компенсацию тремора рук и позволяя обездвиживать хирургические инструменты на длительные периоды времени.

Типичным примером является робот DiShi Weifeng для глазной хирургии компании DiShi Medical. В этой хирургической системе ведущей рукой является врач, а ведомой рукой — робот, который движется в соответствии с намерениями врача. Весь процесс инъекции разделен на несколько этапов: сначала врач управляет подвесом робота для экстраокулярного позиционирования, затем для интраокулярного позиционирования, а затем управляет рукояткой, чтобы постепенно приближать конец к зоне поражения сетчатки. Если необходимо ввести лекарство в субретинальную позицию, робот остается неподвижным и человеческие руки уже не вмешиваются, что занимает около 3 минут. В качестве примера возьмем инъекцию 200 микролитров лекарственного раствора. В ходе процесса врачу нужно только следить за временем, скоростью и скоростью потока, а затем эвакуировать глаз после инъекции. всегда под контролем врача, и решение принимает также врач.

В-четвертых, частично автоматизированные роботизированные комплексы.

В частично автоматизированной роботизированной системе определенные процедуры или процедурные этапы выполняются роботом автоматически. Робот напрямую манипулирует и контролирует движение хирургических инструментов. Информация об обработанном изображении передается роботу в качестве обратной связи и указаний. Визуальная информация одновременно передается хирургу, который может в любой момент подать команды отмены для наблюдения за частично автоматизированными операциями.

Типичным примером в этой области является система «ИРИСС». На основе системы «IRISS» хирург удаленно управляет подчиненным манипулятором через пару индивидуальных главных контроллеров и получает визуальную информацию, наблюдая во время операции трехмерную визуальную обратную связь через проекционный монитор. Кроме того, система обеспечивает фильтрацию тремора и масштабирование движения для повышения эффективности управления и безопасности в роботизированной хирургии. Эффективность IRISS была проверена на изолированных глазах свиней, и хирурги успешно выполнили серию витреоретинальных операций с использованием IRISS, включая переднюю капсулэктомию хрусталика, витрэктомию, канюляцию вен сетчатки и другие сложные операции.

Однако, хотя есть много игроков, занимающихся разведкой, объективно говоря, большинство компаний все еще находятся на начальной стадии разведки. Поэтому взрыву в этом поле еще нужно дождаться наступления момента сингулярности.

/ 03/ В ожидании момента сингулярности

Прежде чем эти технологические инновации смогут восторжествовать, необходимо решить ряд сложных проблем.

Во-первых, нам нужен междисциплинарный подход для эффективного решения проблем в клинической и инженерной областях. Хотя логическое позиционирование функции очень четкое (точное позиционирование и предотвращение дрожания), сначала необходимо разработать соответствующее оборудование. Это непростая задача. Например, некоторым роботам могут потребоваться функции, которым ни одна существующая роботизированная рука не может соответствовать столь высоким требованиям точности. Поэтому нам необходимо начать с основ и проектировать совершенно самостоятельно, включая построение системы управления и проектирование всей механической конструкции.

В то же время процесс сборки этих высокоточных деталей для удовлетворения требований клинического использования также довольно сложен. Например, компания DiShi Medical отметила, что когда требуется операция на левом глазу, аппарат размещается слева, когда операция требуется на правом глазу, прототип размещается справа; В реальном использовании мобильные роботы усложняют ситуацию. Задача состоит в том, что ход движения робота увеличивается на одно межзрачковое расстояние. Хотя он составляет всего несколько сантиметров, изменение механической конструкции приводит к изменению веса, и соответствующая нагрузка на двигатель также меняется... Многие ключевые компоненты и механические. структуры необходимо перепроектировать.

Во-вторых, конструкция робота должна соответствовать условиям работы врача. Роботы не существуют изолированно. Глубокое понимание потребностей и болевых точек врачей является ключевым вопросом ноу-хау. Таким образом, компаниям необходимы большие ресурсы врачей. В течение всего процесса разработки профессиональные инженеры должны тесно сотрудничать с хирургами для обеспечения эффективного взаимодействия. Некоторые функции, которые не соответствуют клиническим потребностям, необходимо в то же время устранить. соответствующие стандарты для медицинских устройств и иметь возможность непрерывного усовершенствования.

Даже если разработка продукта окажется успешной, последующая коммерциализация будет связана со многими проблемами, такими как образование врачей. По сути, роботы могут сократить процесс обучения врачей, например, с 10 до 5 лет. Но предстоит еще многое сделать, чтобы завоевать доверие врачей и пациентов.

В целом производительность продукта оценивается на «1», а такие вопросы, как образование врачей, — на «0». В настоящее время основной задачей микрохирургических роботов является решение проблемы «1», и только тогда они смогут говорить о накоплении нескольких «0».