Американские ученые разработали робокатетер, который самостоятельно ориентируется внутри сердца

Американские ученые разработали робокатетер, который самостоятельно ориентируется внутри сердца

Группа ученых из Бостонской детской больницы разработала и успешно испытала на свиньях автономный роботизированный катетер, способный самостоятельно ориентироваться внутри сердца и находить сердечные клапаны. Подробности о проделанной работе исследователи опубликовали в Science Robotics.

Отметим, что в медицине давно применяются зонды, которые погружаются в человеческое тело через небольшой разрез и движутся ко внутренним органам и внутри них. Однако в настоящее время все они управляются оператором-хирургом, что сопряжено со множеством сложностей, наиболее серьезной из которых является ориентирование внутри сосудистой сети и в полости сердца. Дело в том, что операции на этом органе, как правило, проводятся без его остановки, и как следствие, кровяной ток сильно снижает визуальное ориентирование, причем ситуацию не спасает даже использование эхокардиографии. В результате, пока хирург добирается до проблемного места, он уже успевает порядком подустать.

Система автономного управления катетером могла бы взять на себя те же функции, что и автопилот в авиации, который выполняет рутинные операции, позволяя человеку сохранить свои силы для более сложных действий. Разработка специалистов Бостонской педиатрической больницы значительно приближает человечество к ситуации, когда у каждого хирурга будет электронный помощник, и доказывает, что «беспилотным» технологиям уже можно поручать некоторые задачи в хирургии.

Как сообщается, новинка представляет собой гибкий робокатетер, способный ориентироваться в полости сердца на ощупь, сперва обнаруживая стенку, а затем медленно продвигаясь вдоль нее. Система навигации устройства состоит из крошечной камеры, расположенной на наконечнике катетера, снимающей только непосредственное окружение, и искусственного интеллекта, обрабатывающего изображение и определяющего, к чему прикоснулся наконечник – к потоку крови, стенке сердца или клапану. Кроме того, устройство оснащено датчиком давления, который не только помогает катетеру двигаться вдоль сосудов, а также исследовать состояние клапанов, но и «предостерегает» робота от излишне сильного давления на стенку сердца, которое могло бы ее повредить.

Фото инновационного катетера.

Чтобы продемонстрировать потенциал своего детища, авторы выбрали весьма сложную медицинскую процедуру: устранение паравалькулярной утечки аортального клапана. Здесь важно пояснить, что в норме этот клапан не дает вытолкнутой сердцем крови стечь из аорты обратно в левый желудочек. Однако, когда естественный клапан заменяется протезом, тот иногда — например, при инфекционных поражениях — может подтекать. Это и называется паравалькулярной утечкой. По статистке, такой проблемой, чреватой серьезными последствиями, сталкиваются от 5 до 17 процентов всех пациентов с механическими клапанами (не только аортальными).

Для испытаний ученые предварительно заменили в функционирующих нормальным образом сердцах нескольких свиней породы Йоркшир естественные клапаны аорты искусственными. При этом во время замены новые клапаны были намеренно установлены неверно, чтобы имитировать паравальвулярное подтекание.

Во время тестов хирург заводил катетер через прокол, после чего устройство переключали в автономный режим, и оно уже самостоятельно двигалось по направлению к клапану, перемещаясь вдоль стенки левого желудочка. После того, как аппарат находил клапан аорты и определял место протечки, система переключалась в ручное управление, при котором врач-оператор с помощью катетера стандартным образом устанавливал сосудистый окклюдер — приспособление для закрытия щелей между клапаном и сосудистой стенкой.

Автономное обнаружение клапана было признано успешным в 95% случаев, при этом роботу понадобилось на ориентирование лишь немногим больше времени, чем опытному хирургу.

Схема эксперимента.

«И хирург, и робот потратили на ориентирование статистически эквивалентное количество времени. На наш взгляд, это впечатляющий результат, учитывая, что роботу предстояло достичь цели миллиметрового масштаба в наполненном кровью бьющемся сердце», – говорят исследователи.

По их словам, у робокатетера — помимо того, что он возьмет на себя рутинное ориентирование во время операции — есть еще одно преимущество. Собственное компьютерное зрение зонда может устранить необходимость в потенциально вредном для здоровья рентгеновском просвечивании, которое обычно используется для малоинвазивных операций на сердце.

В ближайшее время исследователи намерены продолжить тестирование технологии.

Напоследок отметим, что на данный момент FDA только разрабатывает правила использования ИИ-устройств в медицине, поэтому о внедрении разработки бостонских инженеров в медицинскую практику речи пока не идет.

Источник: N+1

itc.ua