Цивилизация
Специалисты создали роботизированную телеметрическую платформу, предназначенную для обследования, проведения биопсии и хирургического удаления опухоли в мочевом пузыре через уретру. В будущем они усовершенствуют средства визуализации робота, а также научат его различать опухоль на ощупь.
Рак мочевого пузыря встречается довольно часто — в США он стоит на шестом месте среди всех онкологических заболеваний, но методы его лечения не менялись в течение десятилетий. Казалось бы,
доступ к мочевому пузырю проще, чем ко многим другим внутренним органам, так как хирург может действовать через естественный канал — уретру. Такая операция называется трансуретральной резекцией.
Через уретру вводят эндоскоп для наблюдения и резектоскоп для удаления опухоли. Но у этой операции масса технических сложностей из-за анатомических особенностей мочевого пузыря --поскольку вводимый зонд довольно жесткий, традиционными методами не удается достичь некоторых труднодоступных участков. Иногда опухоль плохо поддается полному удалению, если она врастает в мышечный слой органа или имеет нечеткие края. Тогда приходится полностью удалять мочевой пузырь.
Над решением этой проблемы поработала междисциплинарная команда инженеров и врачей из Университета Вандербилта и Колумбийского университета под руководством Набиля Симаана, доцента Университета Вандербилта по инженерной механике. Специалисты сконструировали управляемого телеметрически микроробота, его вводят в мочевой пузырь через уретру. Описание роботизированной платформы они опубликовали в журнале IEEE Transaction on Biomedical Engineering.
Робот выполняет три вида задач: обеспечивает визуализацию опухоли, проводит биопсию ткани для исследования ее злокачественности и при необходимости хирургически удаляет опухоль.
Как действует опытный образец, изобретатели демонстрируют в стеклянной колбе, размером и формой повторяющей мочевой пузырь человека. «Роботизированная телеметрическая платформа не отменяет роли хирурга, она облегчает доступ к опухоли и расширяет возможности оперативного вмешательства», — подчеркивает Дюк Херрелл, доцент по урологической хирургии и биомедицинской инженерии Медицинского центра Университета Вандербилта.
Миниатюрная роботизированная рука 5,5 мм в диаметре может поворачиваться на 180 градусов, что позволяет достичь практически любого труднодоступного участка внутри мочевого пузыря. На ее конце находятся оптоволоконный эндоскоп для наблюдения, оптоволоконный лазер и крошечный пинцет.
По словам инженеров, механическая рука, изгибаясь подобно змее, может контролировать свою позицию с субмиллиметровой точностью.
Оптоволоконный эндоскоп, который поворачивается под любым углом, обеспечивает 10 000-пиксельное изображение, поступающее на цифровую камеру. На сегодня у него есть недостаток — недостаточно высокое разрешение. Но инженеры обещают усовершенствовать оптоволоконный эндоскоп или заменить его на миниатюрную камеру.
Робот может отбирать ткань для биопсии, захватывая ее с помощью пинцета и отрезая лучом лазера. Тот же лазер, подобно скальпелю, разрезает ткань и при удалении опухоли.
Серьезная проблема, которую при этом нужно решить, — точное определение края опухоли. Для этого инженеры намереваются снабдить робота дополнительными средствами визуализации, такими как флуоресцентный эндоскоп и оптическая когерентная томография, использующая инфракрасное излучение. Это обеспечит микронное разрешение. В дальнейшем оно станет еще выше: по словам авторов, они собираются в перспективе достичь клеточного уровня разрешения, что потребует введения новых технологий.
Кроме того, изобретатели намерены научить робота тактильному чувству, используя технику под названием force-feedback (обратная связь по усилию). Она позволит измерить силу, действующую на кончик механической руки, в каждый момент времени при контакте с тканью.
Обычно опухоль отличается от окружающих тканей по плотности. Таким образом, двигаясь по краю опухоли, кончик руки будет ориентироваться на изменение давления для точного определения границы патологической и здоровой тканей.
Робот имеет несколько систем защиты для обеспечения безопасности. Одна из них позволяет лазерному лучу проникнуть в ткань не более чем на максимально допустимую глубину, даже если оператор ошибется в задании параметров системы.
Задача медиков — научить робота-хирурга полному удалению злокачественной опухоли с минимальным захватом здоровой ткани, чтобы полностью избавить организм от раковых клеток. Собственно, тому, что и требуется от качественной хирургии.