Для чего используется робот в медицине
Робототехника в медицине
В секторе здравоохранения происходит тихая роботизированная революция, которая окажется решающей в эпоху жесткой экономии, старения и увеличения численности населения, а также нехватки медицинского персонала. Роботы уже помогают врачам спасать жизни, и их применение в больницах растет быстрыми темпами. Роботы освобождают медицинский персонал от рутинных задач, которые занимают очень много времени, а так же делают медицинские процедуры более безопасными и менее дорогостоящими для пациентов. Они могут перевозить опасные вещества.
Более подробно о том, как развивается робототехника в современном здравоохранении, рассказывает Виталий Олегович Недельский, к. п. н., основатель и первый президент Национальной ассоциации участников рынка робототехники (НАУРР).
— Виталий Олегович, где Вы изучали робототехнику?
— Я изучал робототехнику, можно сказать, в бою, поскольку уже лет семь назад я выступил основателем и был первым президентом Национальной Ассоциации участников рынка робототехники. Мы собирали всех, кто в России занимается роботами, мы много ездили по миру, рассказывали на различных международных конференциях, что в России в этой сфере происходит, и заодно учились.
Сейчас я развиваю компанию Semantic Hub — это основная моя любовь и место работы. Я сооснователь и директор по развитию. У меня несколько образований: инженерное, экономическое, защищал диссертацию на философском факультете МГУ. По жизни — я технологический предприниматель.
Мне нравится строить компании, делать бизнес, главным образом, в области высоких технологий. Искусственный интеллект, роботы и робототехника как раз относятся к той отрасли высоких технологий, куда идут инвестиции.
И, конечно, меня привлекает медицина — одна из самых благодарных областей для применения роботов потому, что там есть много того, чем можно было бы помочь людям, врачам и медсестрам, хирургам.
— Давайте немного обратимся к истории робототехники. Когда появились первые механические помощники в медицине?
— Сорок лет назад появился первый робот-хирург. Он, может быть, выглядит неказисто с высоты сегодняшних дней, но эти роботы помогали удерживать инструменты во время нейрохирургических операций, тем самым освобождали и руки, и мозг хирурга, позволяя ему сфокусироваться на самых сложных этапах операции.
Больше двадцати лет назад начали внедрять робота, который использовался для дистанционной эндоскопии. Уже у него в руках были хирургические инструменты. Еще один «старичок» производил операции на головном мозге и лечение или удаление опухолей головного мозга.
Робот-хирург «Да Винчи», один из наиболее известных, начал свой путь в операционных в 2001 году. Он управляется хирургом. С тех пор уже на свет появилось несколько более совершенных поколений и десятки тысяч этих роботов действуют по всему миру. На примере использования подобных роботов люди учились, инженеры изобретали, хирурги давали обратную связь разработчикам. И в результате, каждое следующее поколение умных помощников становилось всё более совершенным.
— Какие задачи решает робот в медицине?
— Одна из основных задач — не столько сделать какую-то работу, сколько освободить пространство для людей, избавить их от рутинного труда, требующего повышенного внимания. Это необходимо для того, чтобы люди, в данном случае хирурги, могли сконцентрироваться на более сложных, более творческих процессах своей работы.
Всегда в медицине и в диагностике врач несет юридическую и этическую ответственность за результат своего хирургического вмешательства. Робот – лишь орудие, машина, но этот инструмент позволяет намного лучше проводить операции.
Я встречался с одним хирургом, который работал на «Да Винчи», и он сказал очень запомнившуюся мне фразу: «Кто поработал на «Да Винчи», скальпель больше в руки не возьмет». Дело в том, что в целом смертность после операции с участием такого рода роботов на порядок ниже, чем смертность у среднего хирурга. У робота несколько рук, одна из них оснащена камерой с микроскопом, остальные руки оснащены инструментом.
— Как происходит процесс взаимодействия робота и хирурга?
— Хирург наблюдает за операционным полем, и с помощью очень тонких джойстиков — инструментов совершает манипуляции. Но при этом безошибочность, которую дает робот, намного выше точности человеческих рук. Врач не может сделать разрез на одну десятую миллиметра. А есть кровеносные сосуды или нервы, которые еще тоньше. А робот преобразует движение хирурга в очень точные манипуляции. И позволяет объемно контролировать совершаемую операцию.
При этом робот остается техническим приспособлением. Это сложный скальпель, который программируется перед операцией на определенное, конкретное действие, которое должен совершать. Если хирург ошибётся, если у него дрогнет рука, робот не продолжит это действие, он подстрахует хирурга. И появится сообщение, что вот здесь остановлена операция, нужно начать ее сначала.
Роботы-хирурги делают более щадящие операции, менее инвазивные, потому что сам протокол намного короче. Это значит, что человек быстрее восстанавливается, меньше находится в больнице.
— Какие операции делают роботы?
— Таких операций — длинный перечень: на позвоночнике, на сердце, на железах, удаление опухолей и др. Список большой. Фактически, робот-хирург является одним из членов команды, где есть четкое разделение труда и где он выполняет свою часть работы.
Робот-ассистент, к примеру, производится немецкой компанией KUKA. Манипуляторы и инструменты под управлением человека выполняют определенные операции, с помощью лазера они могут разрезать ткани, проводить эндоскопию, биопсию, забор тканей. И эти операции будут точными и аккуратными.
Есть привычная система джойстиков, с помощью которых можно управлять хирургическими инструментами. Но в перспективе можно наладить систему обратной связи через перчатки и вибрацию, чтобы таким образом управлять инструментами роботов.
При этом через очки виртуальной реальности, например, можно видеть то, что происходит во время операции.
Существует уже довольно много роботов-терапевтов. Они проводят различные виды терапии. Например, лучевую терапию в онкологии. За счет того, что он воздействует на саму опухоль очень точно, то результат лечения с использованием радиации для пациента получается очень щадящим. Воздействие происходит фокусное, здоровые ткани при этом не повреждаются.
— Какие еще есть типы операции, в которых используются роботы?
— С помощью роботов можно производить забор и анализ крови. Коллаборативные манипуляторы приспособлены для обработки пробирок. Один берет пробирку, второй сканирует штрих-код, они их раскладывают, перекладывают, закладывают в центрифугу и проводят анализ.
Фактически, они это делают с высокой производительностью и непрерывно: 24 часа в сутки семь дней в неделю, без выходных, без болезней, и у них руки не трясутся.
Конечно, такие роботы могут использоваться в самых разных операциях. Сегодня, когда объем анализов во время эпидемии намного вырос, такого рода автоматизация привлекает все больше и больше внимания. Там, где люди не справляются или, где надо ограничить их контакт с инфицированными пациентами, уже используются специальные мобильные платформы, которые могут развозить все что нужно: еду, лекарства, посуду.
В этом роботе есть электронная карта помещения. У него есть приборы, позволяющие ориентироваться в пространстве, видеокамеры, радары. Он гарантированно не столкнется с вами, остановится и пропустит. Он ездит по своим маршрутам, делает свою работу. Таким образом, он освобождает медицинский персонал, в первую очередь медсестер, чтобы они больше внимания уделяли пациентам, потому что всегда этого внимания недостаточно.
— Как происходит обучение роботов?
— Существует много алгоритмов. Китайцы, например, не стали придумывать нового робота для стоматологии, а взяли существующей манипулятор, коллаборативный робот, который программируется руками, а не программой.
Его заранее обучают, какие он должен движения делать, а он их запоминает. При этом он снабжен дополнительной камерой, которая более точно позиционирует его относительно пациента. И он полностью автономно устанавливает пациентке 2 импланта, причем сами импланты тоже перед этим были распечатаны на 3D принтере. Точность очень высокая и с помощью такого рода инструментов можно увеличить производительность труда в стоматологии.
— А как медиков обучают взаимодействию с роботами?
— Для обучения в медицинских институтах всегда использовались различные манекены, но сейчас эти манекены становятся все более роботизированными, в них имитируются различные функции человека, его анатомия, реакции.
По специальной программе студенты могут выполнять те или иные манипуляции и автоматически получать обратную связь с оценкой насколько правильно или не правильно они выполнили практическое задание. Такое обучение намного удобнее, чем по книжкам, и намного безопаснее, чем учиться на живых людях.
— 3D принтер – это тоже робот?
—3D принтеры стоят технически особняком от роботов. Это — соседний технический сегмент, но у них с роботами общая цель — восстановить здоровье людей. 3D принтеры уже зашли в область печатания биологических тканей: каркасы тканей, различные кости, плаценту, волокна и др.
В стоматологии печатаются не только импланты, но и капы, которые на порядок комфортнее обычных брекетов. Они вставляются в рот, причем их не заметно, и исправляют прикус.
Можно напечатать сердце или отдельные части сердца, в частности, сердечный клапан. Он печатается точно под конкретного пациента. И это сильно повышает его приживаемость, и в целом выживаемость пациентов с такого рода искусственными органами. Донорские органы продолжают использоваться, но доноров всегда не хватает.
Следующее поколение — это 3D печать органов и технологии, связанные с выращиванием из стволовых клеток. Печать печени, например, начинается с печати отдельных клеток, которые дальше объединяются в орган. Замена органов — это возможность продлить жизнь людей, потому что органы изнашиваются и отказывают не одновременно, как и в автомобиле, а по очереди. В целом, вы можете себя еще неплохо чувствовать, мозг может работать хорошо, но вот одряхлели, условно говоря, почки или желчный пузырь, а замена этого органа позволяет добавить годы жизни.
Изготовление протезов делается 3D принтерами объемной печатью. Они используют такие компоненты, которые максимально легко приживаются на теле. Индивидуально выращивается рука, например. Каждое следующее поколение протезов все ближе к естественным конечностями.
В США много инвестиций пошло на исследование в области протезирования, потому что военнослужащие продолжают возвращаться из Ирака и Афганистана без рук, без ног.
За последние годы в США из Ирака приехало 1600 военнослужащих без ног, без рук или без одной руки. Из них 24 человека без обеих рук. Конечно, эти технологии помогают людям жить полноценной жизнью.
— Как сегодня развивается технология создания экзоскелетов?
— СМИ иногда рассказывают, как известные спортсмены на протезах начинают бегать. И это уже не просто протезы — это уже элементы экзоскелетов, которые двигают конечностями.
Одни системы управления построены на датчиках: если вы шевельнёте рукой, коснетесь ступней, он совершает шаг.
Другие системы построены на соединении нервов с электродами. Нервы на руке сращивают с управляющими проводами протеза, и вы можете шевелить пальцами, совершать движение рукой.
Третья группа систем основана на управлении через мозговые импульсы. Ободок на голове считывает мозговые импульсы, вы просто, как обычно, мысленно поднимаете руку или сжимаете пальцы, а этот сигнал, преобразованный в электричество, передается на моторчик протеза.
Как роботы и искусственный интеллект помогут нам управлять здоровьем
Умные алгоритмы и искусственный интеллект
Впервые подобие искусственного интеллекта в медицине было применено достаточно давно, в начале 1970-х годов. Тогда в Стэнфордском университете разработали систему MYCIN («мицин» — отсылка к названию многих поколений антибиотиков. — Esquire), диагностирующую бактерии в организме человека. MYCIN действовала очень просто: она задавала доктору серию вопросов, на которые подразумевался ответ «да» или «нет». После этого машина выводила список бактерий, отсортированный по вероятности, и рекомендовала доктору курс лечения. Такой принцип на первый взгляд кажется примитивным, но он имел неплохой результат: по результатам исследований MYCIN предлагал приемлемую терапию примерно в 69% случаев, что лучше, чем у экспертов по инфекционным болезням, которых оценивали по тем же критериям. MYCIN не получил широкого распространения во многом из-за технологического барьера. Доступные и относительно недорогие микрокомпьютеры появились значительно позже: как раз тогда и возникло понимание, что необходимо внедрять технологии ИИ в медицину.
В 2019 году ИИ в здравоохранении шагнул далеко за пределы методики MYCIN — сейчас это очень широкая область, которая развивается по нескольким направлениям. Сюда относят программы для распознавания и анализа медицинских изображений — снимков МРТ, УЗИ, кардиограмм, результатов компьютерной томографии; разработку лекарственных препаратов — с помощью ИИ проводят микроскопический анализ в лабораториях, изучают эффективность препаратов, исследуют вирусы и ищут эффективные вакцины. Сюда также относят персонализированную медицину, которая повышает качество оказываемой помощи за счет подбора методов лечения с учетом индивидуальных особенностей человека.
Вот только несколько примеров. В Финляндии внедрили решение на базе ИИ для обработки диагностических снимков в маммографии (в Karolinska University Hospital), где каждый диагноз верифицируется двумя профильными специалистами. В Великобритании действует «умное» решение для диагностики патологий зрения (в Moorfield Eye Hospital, Somerset). Его применение доказало, что ранний скрининг и лечение снижает риск потери зрения на 98%.
В сфере развития ИИ в России дела тоже идут обнадеживающе: не так давно была опубликована национальная стратегия развития ИИ, в том числе в области здравоохранения. В прошлом году для этого создали ассоциацию «Национальная база медицинских знаний», цель которой — внедрить высокие технологии в жизнь столицы и регионов. Конечно, 12 месяцев работы — это достаточно мало, чтобы подводить серьезные итоги. Но специалисты «НБМЗ» уже рассказали, что в ходе эксперимента в больнице на Ямале им удалось зафиксировать заметные успехи системы искусственного интеллекта: цифровой ассистент Webiomed, разработанный в России, почти в семь раз эффективнее выявляет риски сердечно-сосудистых заболеваний, чем врачи во время рутинной диспансеризации. Этот эксперимент дает возможность показать, что внедрение ИИ в медицинскую практику по‑настоящему работает.
Сейчас проект по разработке стандарта технологий искусственного интеллекта (ИИ) в медицине ведется и в Москве: им занимается Научно-практический клинический центр диагностики и телемедицины (НПКЦ) под руководством известного ученого и врача Сергея Морозова.
Информационные системы
Цифровизация — это возможность уйти от бюрократии и ускорить доступ к самой важной информации. Хороший тому пример — южнокорейский госпиталь «Бундан» Сеульского национального университета — первая «безбумажная» больница, где весь документооборот осуществляется в электронном виде.
В госпитале никто не заполняет бумаги: ИТ-система позволяет оформлять истории болезни и назначения врача, анализировать все снимки в цифровом виде. В «Бундане» есть собственный электронный архив клинических данных, система мобильной передачи биометрических данных (анализы и диагностика), система поддержки принятия клинических решений и даже система управления взаимоотношениями с пациентами. Такое решение (вкупе с профессионализмом врачей) позволило госпиталю добиться минимального процента осложнений после операций — всего 0,5%.
К новым информационным системам в медицине относят и другую практику, когда к процессу лечения привлекается сам пациент. «Превращение» пациента из объекта лечения в полноценного участника лечебного процесса позволяет ему чувствовать себя комфортнее, избежать пугающей неизвестности и понимать, что все под контролем. В качестве одного из вариантов включения можно назвать смарт-кровати, которые используют в стационаре госпиталя «Бундан». На экране кровати пациенту доступна вся информация о ходе его лечения, результаты анализов, а также панель управления кроватью, освещением и температурой в помещении. В будущем филиал госпиталя появится на территории Международного медицинского кластера (ММК) в Москве.
Роботы
Самый известный на сегодня робот в медицине — это хирургическая система da Vinci, которая ассистирует врачам-хирургам, обеспечивая «нечеловеческую» точность движений, критически важную в хирургии. Причем такие технологии развиваются достаточно быстро: в 2013 году о роботе-хирурге da Vinci говорили как о прорыве на рынке (хотя первый прототип появился еще в 1980-х, серийное производство стало возможным недавно), а сейчас он уже хорошо внедрен в медицинскую практику по всему миру. В России роботов da Vinci пока не так много — около 25 машин, первая операция с его участием была проведена в Москве в прошлом году.
Если говорить об использовании роботов в работе иностранных клиник, то во многих учреждениях da Vinci — инструмент привычный: например, израильская клиника Hadassah с его помощью активно и успешно борется с опухолями, а немецкая «Мюнхен-Планегг», филиал которой, возможно, скоро появится в Москве, использует da Vinci для выполнения сложнейших оперативных вмешательств на предстательной железе, почках и мочевом пузыре.
Над созданием мобильного хирургического робота Hugo работают в Германии. Планируется, что он сможет применяться в общей, торакальной хирургии и урологии. А в США разработали роботизированную хирургическую платформу Verb, использование которой позволяет повысить эффективность и улучшить результаты в широком диапазоне хирургических процедур.
Телемедицина
Телемедицина — это недорогой, несложный по своему устройству принцип работы, когда для диагностики и лечения заболеваний, для проведения различных исследований, для обмена опытом между врачами привлекаются специалисты, находящиеся в других странах и городах мира. Связь с ними осуществляется через интернет. Этот сегмент здравоохранения признан одним из самых быстрорастущих в мире — около 20% в год. И в большинстве развитых стран мира сегодня телемедицина «вшита» в лечебный процесс, как в части консультаций в формате «врач — врач», так и в формате «врач — пациент».
Первопроходцами в развитии телемедицинских услуг были норвежцы: вероятно, причина тому — большое количество труднодоступных регионов. Второй такой проект воплотили в жизнь во Франции для моряков гражданского и военного флотов. В России в январе 2017 года Госдума приняла законопроект о телемедицине; с этого момента новое направление стали внедрять в жизнь клиник и у нас. Сегодня самой большой популярностью пользуется направление «врач — врач», которое позволяет консультироваться со специалистами онлайн, обсуждать диагнозы, проходить телеобучение и виртуально присутствовать на операциях. Есть и направление «врач — пациент», когда после очного приема доктор может установить дистанционное наблюдение за здоровьем пациента, а это даст возможность получать все рекомендации без посещения поликлиники.
Нельзя не упомянуть и об услуге «второе мнение», когда проводится дополнительная консультация эксперта с целью уточнения диагноза и плана лечения. Например, в клиниках Международного медицинского кластера есть возможность получить экспертное мнение иностранных коллег — совместно с российскими врачами специалисты дистанционно оценивают результаты анализов и поставленные диагнозы. В израильской «Хадасса Медикал», первой клинике, появившейся в ММК, с помощью израильских профессионалов уже не раз устанавливался правильный диагноз и корректировалась тактика лечения: речь идет как о корректности схемы проведения химиотерапии, так и о своевременности оперативного вмешательства.
Симуляционный центр
Симуляция жизни
Все чаще в медицинскую практику внедряют технологии, основанные на симуляции: для врачей это действительно уникальная возможность без рисков и стресса изучить человеческий организм и его реакции. Симуляционные центры оборудуют роботами-пациентами, которые похожи на нас во всех смыслах: инженеры максимально учитывают анатомические и физиологические особенности, симулируется даже реакция на препараты по аналогии с человеческим организмом.
Кроме роботов центры оснащают симуляторами по отработке навыков проведения хирургических процедур. Фиксируя действия врача, после завершения операции компьютер подводит итоги и показывает статистику, что позволяет разобрать с преподавателем все действия и выявить ошибки. Если бы такие центры внедрялись на базе каждой клиники, это позволило бы значительно снизить количество врачебных ошибок. Пока таким функционалом в России обладают немногие: например, собственный учебно-тренировочный симуляционный центр имеет Международный медицинский кластер. Здесь врачи и студенты могут получать дополнительное образование и оттачивать свое мастерство.
Международный медицинский кластер
Все эти решения, от симуляторов до телемедицины, внедряются в Международном медицинском кластере — новом комплексе филиалов ведущих зарубежных клиник, образовательных и научно-исследовательских организаций, созданном на территории ИЦ «Сколково» в Москве. В этом смысле ММК можно назвать первопроходцем, по пути которого будут следовать другие клиники.
Уже сейчас и в будущем российские пациенты смогут получать здесь медицинскую помощь мирового уровня, а российские и зарубежные эксперты — оперативно обмениваться опытом. Первая клиника — филиал израильского госпиталя «Хадасса» — уже работает, она открылась год назад, а в 2020 году начнется строительство французского реабилитационного центра «Орпеа», многофункционального медицинского центра, где разместятся небольшие специализированные клиники. По прогнозам, через десять лет на территории кластера должны заработать более 10−15 зарубежных клиник.
Мы побеседовали с директором по внешним коммуникациям Фонда ММК Фаиной Филиной о доступности медицинской помощи, о работе кластера и о будущем медицины в целом:
Нельзя отрицать, что сейчас внедрение ИИ, роботов и других технологий в медицину даже в Москве воспринимается как ноу-хау, не говоря о регионах. Связано это с тем, что качество медицинского обслуживания и его доступность в России по‑прежнему оставляет желать лучшего. Поможет ли проект ММК изменить эту ситуацию?
Мы верим в это. Важная миссия ММК — трансфер передовых технологий стран ОЭСР (Организация экономического сотрудничества и развития) в области медицины, образования и науки в Россию. Благодаря этому российские пациенты смогут легко получать медицинскую помощь международного уровня, а также иметь доступ к самым передовым технологиям и методам лечения. Сейчас у нас в кластере строятся иностранные клиники, ведущие по различным нозологиям (раздел медицины, специализация. — Прим. ред.), будет создан R&D-технопарк. Кроме того, активно развивается образовательное направление: на базе кластера мы хотим создать платформу, с помощью которой российские врачи смогут обмениваться опытом с иностранными коллегами, осваивать новые навыки и в итоге повышать свою квалификацию.
Мы регулярно проводим конференции, посвященные лучшим мировым практикам управления качеством медицинской помощи, международному опыту симуляционных центров, а также развитию медицинского туризма в России. Мы привлекаем иностранных экспертов, чтобы они поделились опытом своих стран и дали возможность сравнить их путь к качественной медицинской помощи с российским опытом. Кроме этого мы запустили школу медсестер на базе нашего первого участника «Хадасса Медикал»: во многих странах средний медицинский персонал является активным участником лечебного процесса, тогда как в России функционал сестринского персонала существенно ограничен. Предоставление медсестрам более широких возможностей для развития, выстраивания внутренних процессов в медицинском учреждении, включая управление качеством и безопасностью медицинской помощи, позволит снизить нагрузку на врачей, улучшит внутренние процессы в медицинских учреждениях и сделает профессию более привлекательной, тем самым справляясь с дефицитом медицинского персонала.
Каким образом можно обратиться за помощью в ММК, насколько это дорогое удовольствие? Когда мы говорим о филиалах лучших зарубежных клиник, в голове возникает длинный ряд нулей…
Пациентом клиник может стать каждый человек вне зависимости от гражданства и места жительства. Записаться в уже работающую израильскую клинику «Хадасса» и ознакомиться с ценами можно на сайте. Цены на израильскую медицину сопоставимы с ценами частных клиник Москвы. Консультации у израильских экспертов из головного госпиталя стоят дороже, но в этом случае у пациентов нет необходимости тратить деньги на перелет и проживание в другом городе. Кроме того, консультация израильских специалистов — это не просто дорогостоящая услуга, но полноценный прием врача по международному протоколу на территории России. Без посредников, с экономией на перелетах и проживании в другой стране. В «Хадасса» в медкластере работает полноценный диагностический центр, позволяющий проводить полную комплексную диагностику.
В клиниках возможно обслуживание по ДМС, частным платежам и направлениям от благотворительных организаций. Благотворительные фонды принимают активное участие в оплате консультаций для детей с редкими заболеваниями. Примерно раз в месяц к нам приезжает известный онкогематолог Полина Степенская, и российским пациентам-детям точно удобнее приходить на прием здесь, чем лететь в Израиль.
Можете ли вы дать прогноз, через какое время все эти технологии станут частью медицинской практики по всей России — это вопрос нескольких лет или все же десятков?
Несмотря на то что медицина достаточно консервативна, в нее, как и в другие отрасли, активно проникают технологии: ведущие клиники мира оперируют при помощи роботов, переводят всю информацию в цифровой вид.
Но технологии не единственное, что может ускорить лечение и сделать его эффективнее, поэтому не стоит думать, что с повышением доступности новых технологий мгновенно улучшится качество медицинского обслуживания. Безусловно, они значительно повышают качество оказываемой помощи, позволяют выявить проблемы на ранних стадиях. Но не стоит забывать о навыках и знаниях самого врача: о чутком отношении к пациенту, об «исцеляющей» архитектуре, позволяющей снизить стресс и сделать нахождение в клинике более приятным, а также о развитии пациентской грамотности. Важно формировать и культуру заботы о своем здоровье, информировать население обо всех рисках, о необходимости регулярных чекапов, популяризировать проактивный подход к здоровью. Эти факторы действительно могут повысить качество жизни людей.
Когда пациент относится к здоровью как к индивидуальному капиталу, которым можно и нужно управлять, он превращается в партнера врача/медицины, а это, в свою очередь, позволяет избежать многих заболеваний или обнаружить их на ранней стадии и вылечить.