Для чего используются роботы в медицине кратко
Медицинские интернет-конференции
Языки
Применение робототехники в медицине
Устинин В.В., Габибов Н.Д.
Применение робототехники в медицине
Устинин В.В., Габибов Н.Д.
Научный руководитель: преподаватель информатики Малышева Ю.А.
ГБОУ ВПО Саратовский ГМУ им. В.И. Разумовского Минздрава РФ
В настоящее время идет активное развитие компьютерных технологий и робототехники и внедрение её в различных областях жизни и отраслях науки. Одной из важных областей применения роботов является медицина. Скорость внедрения лечебных роботов сопоставима со скоростью внедрения первых компьютеров. Однако, российские производители отстают от зарубежных коллег, поэтому мы мало знаем о возможностях и разнообразии медицинских роботов.
Цель нашей работы – изучить применение робототехники в современной медицине.
Задачи: узнать, в каких областях медицины и с какими целями применяются роботы; рассмотреть некоторые модели роботов; показать значение робототехники в медицине.
Результаты:
Медицина не стоит на месте, появляются новые и более сложные аппараты, внедряется робототехника. Роботы позволяют достигать огромной точности в различных операциях. Например, стандартные хирургические операции на сердце подразумевают большие повреждения грудной клетки, что оказывает негативное влияние и ухудшает процесс заживления. Роботы позволяет оперировать с минимальным вмешательством в организм пациента. В результате восстановление после операции происходит быстрее, чем при стандартном хирургическом вмешательстве.
Развитие медицинской робототехники, на наш взгляд, является важной областью, которая способна поднять медицину на совершенно новый уровень.
Роботы в медицине
В прошлом моем посте о телемедицине было упоминание робота-хирурга Да Винчи, которых на 2010 год было установлено около 1000 в мире. Но это далеко не единственное достижение робототехники, использованное в медицине.
В каких сферах и для чего используют роботов? В хирургии, в качестве сиделок для детей и пожилых, в телемедицине и даже для доставки лекарств. Подробнее — прошу под хабракат.
Робот Риба родом из Японии. Его представили в 2009 году. Главное его назначение — это с помощью своих длинных и сильных рук укачивать больных и пожилых людей. Это отличный помощник в клиниках, так как он может переносить пациентов с места на место, или же перекладывать из коляски в кровать.
В 2009 представили RIBA II. Эта версия робота может поднимать пациентов прямо с пола, тогда как первый робот мог брать их только с коляски или кровати. Также грузоподъемность возросла до 176 фунтов, то есть около 80 кг, что на 41 фунт, или 18,5 кг больше, чем в первой версии.
Зачем японцам вообще нужен такой робот? Все дело в долгожительстве. В Японии к 2015 году количество пожилых людей, которым будет нужен уход, по прогнозам достигнет пяти с половиной миллионов человек. Вот и представьте, скольким медсестрам и санитарам придется поднимать ежедневно больных с футона на коляску, с коляски на кровать, обратно и так далее. Роботы для этих целей подходят лучше, а медсестры пусть занимаются своим делом — просто заботятся о пожилых.
А этот робот занесен в Книгу Рекордов Гиннесса как «Самый терапевтический в мире робот». Он оснащен множеством датчиков – прикосновений, света, звука, температуры и положения. Это необходимо для хорошей коммуникации с пациентом, помогает успокоить пациента.
Keepon нужен для того же, но он, по-моему, менее милый. Он танцует и реагирует на прикосновения.
Робот на раздаче
Еще один способ избавить медсестер от рутинной работы, занимая их время более полезными делами — это робот от Murata Machinery Ltd, предназначенный для выдачи лекарств.
Робот от Panasonic также предназначен для того, чтобы доставлять лекарства из аптеки больным. Первая версия этого робота уже могла хранить информацию о 400 пациентах, и выдавать лекарства в соответствии с рецептом по заявке больного или же медицинской сестры.
Телеприсутствие
Возвращаясь к вопросу телемедицины (которую на Хабре, судя по комментариям, считают телепередачами с Малышевой), стоит сказать о роботах телеприсутствия. Это комплексы, способные самостоятельно передвигаться, оснащенные камерами, дисплеями, динамиками и микрофонами, и дополнительно к ним — средствами для проведения диагностики и анализов. Такими средствами может быть как возможность подключения к аппаратам, например УЗИ, так и встроенные приборы — например, для аналиа крови.
В Российских реалиях использование таких роботов практически невозможно, потому что у нас везде проблемы с пандусами — что на въезде в клиники, что внутри них. Так что робот сможет передвигаться только в пределах одного этажа максимум, а минимум — в пределах комнаты, неспособный преодолеть здоровенный порожек.
PR-7 
Vgo — управление осуществляется по 4G. 
Хирургия
PUMA 560 стал первым роботом, использованным в нейрохирургии. Это робот-ассистент, представленный в 1985 году. 
В ортопедии при протезировании суставов в 1992 году начали использовать RoboDoc.
Позже появились ассистенты Зевс и Эзоп, но все равно главным действующим лицом при операции был хирург. В конце 1990-х это изменилось с появлением Да Винчи — робота для удаленных операций.
Хирург за пультом видит участок в 3D формате с многократным увеличением и работает с джойстиками. В это время четырехрукий робот делает совершает операцию. Изначально изображение не было объемным, конечно, но потом эту проблему решили.
Минутка трансформеров: ARES от итальянских ученых предназначен для проведения операций, не повреждая кожные покровы. Потому что пациент его проглатывает по частям, и также он выходит потом через кишечник. Внутри робот собирает сам себя, после чего хирург осуществляет операцию.
Обучение: симуляторы пациентов
Отправлять живых пациентов новичкам — не очень гуманно. Гораздо лучше попрактиковаться сначала на роботах, которые справляют естественные потребности, у которых бьется сердце и которые более-менее похожи на человека.
Наиболее функциональным роботом этого типа считают HPS (Human Patient Simulator). Он хранит в себе 30 различных профилей пациентов, отличающихся физиологией и индивидуальными реакциями на лекарства. Это могут быть профили здорового ребенка беременной женщины и пожилого алкоголика. Прощупываемый на сонных, плечевых, бедренных, лучевых подколенных артериях пульс меняется в зависимости от давления, робот выдыхает углекислый газ, что отображается на мониторах, а зрачки его реагируют на свет.
Со стоматологами — та же история. Хватит кромсать несчастных людей с больными зубками! Сначала на кошках тренируйтесь. На фото — Hanako 2, родом из Японии, что сразу видно.
Пожалуйста, пишите в комментарии, какие еще роботы должны быть в этой публикации.
Роботы в здравоохранении для улучшения результатов лечения пациентов
Медицинские роботы помогают проводить хирургические операции, оптимизируют систему больничной логистики и позволяют поставщикам услуг уделять больше внимания пациентам.
Обзор робототехники в здравоохранении
Медицинские роботы делятся на несколько категорий: хирургические, модульные, обслуживающие, социальные, мобильные и автономные.
Робототехника в здравоохранении позволяет улучшать качество и результаты лечения пациентов и повышать операционную эффективность.
Робототехника на базе технологий Intel продвигает инновации благодаря возможностям проведения хирургических операций с применением искусственного интеллекта, автоматизации задач и аналитики данных пациентов в реальном времени.
Роботы в медицине меняют подход к проведению хирургических операций, оптимизируют подачу и дезинфицирование расходных материалов и позволяют поставщикам услуг уделять больше внимания пациентам. Intel предлагает широкий ассортимент технологий для разработки роботов для здравоохранения, включая хирургических, модульных, обслуживающих, социальных, мобильных и автономных роботов.
Роботы в медицине меняют подход к проведению хирургических операций, оптимизируют подачу и дезинфицирование расходных материалов и позволяют поставщикам услуг уделять больше внимания пациентам. Intel предлагает широкий ассортимент технологий для разработки роботов для здравоохранения, включая хирургических, модульных, обслуживающих, социальных, мобильных и автономных роботов.
Появившиеся в 1980-х первые медицинские роботы оказывали помощь при проведении хирургических операций, используя технологии роботизированных рук. Со временем технологии компьютерного зрения с применением искусственного интеллекта и анализ данных изменили роботов, расширив их возможности для участия во многих областях здравоохранения.
Сейчас роботы применяются не только в операционных, но и в клинической практике для поддержки сотрудников системы здравоохранения и улучшения качества обслуживания пациентов. Больницы и клиники во время пандемии COVID-19 начали использовать роботов для выполнения гораздо более широкого спектра задач для снижения воздействия патогенов. Стало ясно, что операционная эффективность и снижение рисков, обеспечиваемые роботами в здравоохранении, приносят пользу во многих областях.
Например, роботы могут самостоятельно чистить и подготавливать палаты для пациентов, ограничивать количество личных контактов в отделениях инфекционных заболеваний. Роботы с медицинским идентификационным программным обеспечением с применением искусственного интеллекта снижают время, необходимое для идентификации, поиска соответствия препаратов пациентам и распределения препаратов между пациентами в больницах.
По мере развития технологий роботы будут работать все более автономно, в некоторых случаях выполняя определенные задачи самостоятельно. В результате этого врачи, медсестры и другие работники здравоохранения могут сосредоточить внимание на повышении качества оказания услуг пациентам.
Преимущества робототехники в здравоохранении
Робототехника в здравоохранении повышает уровень качества обслуживания пациентов, эффективность работ в клинических условиях и обеспечивает безопасную среду как для пациентов, так и для медицинских сотрудников.
Медицинское обслуживание высокого качества
Медицинские роботы поддерживают минимально инвазивные процедуры, проводят индивидуализированный и частый мониторинг состояния пациентов с хроническими заболеваниями, интеллектуальную терапию и социализируют пожилых пациентов. Кроме того, так как роботы снижают рабочие нагрузки медицинского персонала, медсестры и другие лица, осуществляющие уход, могут проявлять более высокую степень сочувствия к пациентам и взаимодействия с ними, что может способствовать улучшению самочувствия в долгосрочной перспективе.
Обслуживающие роботы оптимизируют рутинные задачи, снижают физические нагрузки персонала и обеспечивают более последовательные рабочие процессы. Эти роботы могут вести учет инвентаря, делать своевременные заказы расходных материалов, оборудования и лекарств, когда это необходимо. Мобильные чистящие и дезинфицирующие роботы позволяют быстро обрабатывать и подготавливать больничные помещения для новых пациентов.
Безопасная рабочая среда
Обслуживающие роботы обеспечивают безопасность персонала, перемещая расходные материалы и белье в больницах, где присутствует риск воздействия патогенных микроорганизмов. Чистящие и дезинфицирующие роботы ограничивают риск воздействия патогенных микрооранизмов и снижают риск заражения инфекционными заболеваниями в больнице (HAI), сотни учреждений здравоохранения уже используют роботов такого типа. 1 Социальные роботы помогают перемещать тяжелые объекты, например кровати и пациентов, что снижает физические нагрузки работников системы здравоохранения.
Робототехника в здравоохранении повышает уровень качества обслуживания пациентов, эффективность работ в клинических условиях и обеспечивает безопасную среду как для пациентов, так и для медицинских сотрудников.
Хирургические роботы
Благодаря развитию технологий управления движением работа хирургических роботов стала более точной. Роботы помогают хирургам проводить сложные микропроцедуры без больших разрезов. С развитием хирургической робототехники роботы с поддержкой искусственного интеллекта в будущем будут использовать компьютерное зрение для навигации по отдельным частям тела, избегая нервы и другие препятствия. Некоторые хирургические роботы смогут даже проводить операции самостоятельно под наблюдением хирургов с консоли.
Хирургические операции с помощью робототехники подразделяются на две основные категории.
Возможность передачи видео из операционной в другие места, расположенные на различных расстояниях, дает хирургам преимущества консультирования с другими специалистами в необходимой области. В результате этого с пациентами будут работать лучшие хирурги.
Область хирургической робототехники развивается для более эффективного использования искусственного интеллекта. Компьютерное зрение позволяет хирургическим роботам различать типы тканей в поле зрения. Например, сейчас хирургические роботы имеют возможность помогать хирургам обходить нервы и мышцы во время проведения процедур. 2 Трехмерное компьютерное зрение высокого качества предоставляет хирургам подробную информацию и повышенную производительность во время проведения процедур. Когда-нибудь роботы научатся выполнять небольшие подпроцедуры, например наложение швов, под строгим наблюдением хирурга.
Робототехника также играет ключевую роль в обучении хирургов. Платформа симулирования мимики, например, использует искусственный интеллект и виртуальную реальность для обучения новых хирургов. Благодаря виртуальной среде хирурги могут практиковаться в проведении процедур и повышать свои профессиональные навыки, используя робототехнику.
Роботы в медицине: применение и возможности
Введение
Продолжаем знакомить вас с миром робототехники. В этой статье мы рассказываем о том, как автоматизированные робототехнические системы, которым раньше место было лишь на фабриках и заводах, получили применение и развитие своих навыков в медицине, о реальных примерах такого применения, самом оборудовании, перспективах сотрудничества врачей и роботов.
Содержание
Как это начиналось
Пионером в этой области стал робот-хирург “da Vinci”, разработанный в конце 1980-х годов. В 2012 году с использованием этой системы было совершено порядка 200 тыс. операций. В 2018 году с помощью робота-ассистента была проведена первая успешная нейрохирургическая операция по удалению грыжи грудного отдела позвоночника с компрессией спинного мозга.
Роботы в медицине сейчас
Картинка медицинских роботов демонстрирует обязательное участие врачей в процессе. Но сегодня ученые трудятся над созданием более автономных роботов, которые могли бы работать при минимальной степени вмешательства людей в процесс. Насколько скоро роботы в медицине смогут заменить людей, можно предположить, взглянув на последние разработки ученых в этой сфере, речь о которых пойдет далее в статье.
Новые и перспективные разработки медицинских роботов
Какие же виды медицинских роботов актуальны в 2019? Предлагаем вашему вниманию небольшой обзор.
Помимо помощи в операционной, медицинские роботы «научились» выполнять ряд других действий с пациентами. В зависимости от предназначения можно выделить несколько категорий медицинской робототехники:
Роботы-ассистенты
Диагностические роботы
Практика показывает, что когда речь идет об обработке данных, компьютеры намного превосходят людей. Очередным доказательством этого тезиса является робот производства KUKA, принимающий участие в исследовательском проекте Высшей школы физкультуры и спорта в Кельне HaiLeg (High articulated intelligent Leg). Здесь он служит в качестве чувствительного пресса для ног, используемого для проведения ортопедических анализов.
Пациент упирается ступнями в специальную панель и оказывает на нее давление. Полученные данные сразу же передаются на компьютер, который их обрабатывает. На основе данных о вращении и силы мышц создается биомеханическая модель колена.
Терапевтические роботы
Современные роботы способны провести вакуумную, лазерную, лучевую, электро- и термотерапию, а также ряд других процедур.
Особого внимания заслуживает разработка робота для лучевой терапии компании KUKA. Одним из основных его преимуществ является способность смягчить движения опухоли, адаптируясь к дыхательным движениям пациента. Это означает, что последний подвергается значительно меньшему воздействию радиации.
Помимо прочего, роботы могут быть гораздо более заботливыми, чем кажутся на первый взгляд. Недавняя разработка компании Universal Robots робот-рука UR10 нашла свое применение в массажной терапии. Американский стартап Massage Robotics интегрирует UR10 в своего массажного робота по имени Алекс. Ожидается, что такое изобретение даже сможет поддерживать голосовое общение с людьми.
Биопринтеры
На фото: 3D-принтер печатающий живыми клетками Organ.Aut компании 3dbio
Подробнее о работающем в космосе 3D-биопринтере Орган.Авт читайте в нашем блоге.
3D-принтеры печатающие живыми тканями — тоже часть большого семейства робототехники. Биопринтеры уже способны печатать каркасы тканей, органов и гиперэластичных костей, модели плаценты, используя жидкий питательный субстрат с живыми клетками разных видов, гели, волокна, полимеры, керамику, металлы и другие материалы. Одним из самых широко известных производителей биопринтеров является EnvisionTEC. Компания выпустила несколько моделей биопринтеров, а именно EnvisionTEC 3D-Bioplotter Starter, EnvisionTEC 3D-Bioplotter Developer и EnvisionTEC 3D-Bioplotter Manufacturer.
Применение роботов в медицине: успешные примеры
Непрекращающиеся разработки и эксперименты ученых дают свои плоды и мы уже сегодня наблюдаем успешное внедрение робототехники в медицину. Ниже представлены лишь несколько впечатляющих примеров, которые не могут не удивить.
Лучевая терапия под управлением роботов KUKA и ACCURAY
Робот CyberKnife, созданный в результате партнерской работы компаний KUKA и ACCURAY используется для высокоточного лечения опухолей в ведущих центрах лучевой терапии по всему миру.
Вместо скальпеля хирург использует пучок рентгеновских лучей. Когда пациент лежит на операционном столе, этот луч направляется вокруг него роботизированной рукой, так что необходимая доза облучения концентрируется на месте опухоли. Система визуализации записывает положение опухоли и сообщает роботу о любом движении, которые затем нейтрализируются роботом. Таким образом, CyberKnife способен с высокой точностью поражать опухоли независимо от их расположения в теле, оставляя здоровые ткани без повреждений. Во время лечения с помощью CyberKnife пациент лежит на специальном столе, который также контролируется роботом. Более того, после такой процедуры нет необходимости госпитализировать пациента.
Ускоренная упаковка медикаментов на фармацевтических фабриках с помощью роботов Fanuc
Роботизация в медицине облегчает работу не только врачам, но и производителям фармацевтических препаратов. Упаковку лекарств компания TechLab доверила роботу производства FANUC. Первый опыт TechLab в области автоматизации заключался в тесном сотрудничестве с ESS Technologies для внедрения одного из первых роботов FANUC LR Mate M430 с управляемой рукой для захвата и перемещения предметов на конвейере упаковки фармацевтических препаратов. Робот использовался для загрузки предметов на подающий конвейер, который доставлял их к машине первичной упаковки. Это увеличило скорость упаковочной линии TechLab до 35 шт. / мин. и сократило количество необходимого персонала с семи-восьми операторов до двух.
Во второй фазе автоматизации TechLab установила роботизированную систему ESS TaskMate, включающую робот FANUC LR Mate 200iC с шестью осями и высокоскоростной дельта-робот FANUC M-1iA. Первый достает отдельные тестовые наборы из лотка из нержавеющей стали и помещает их на промежуточный конвейер; как только конвейер заполнен, второй робот подбирает детали по одной и подает их в правильном направлении в упаковочную машину. Комбинация двух роботов увеличила скорость упаковки препаратов до 90 шт. / мин., а это более чем в два раза.
Робот-транспортировщик от Hanwha и Yujin Robot
Фото: Робот-транспортировщик. Источник: www.wired.com
Здесь все просто: основная задача ко-робота облегчить работу медицинского персонала в больницах и домах престарелых, доставляя еду и лекарства пациентам, а грязную посуду на кухню. По словам производителя, медсестры должны больше времени проводить с пациентами, а не носиться с грязной посудой.
Еще один помощник от uFactory
Робот производства uFactory xArm имеет встроенное компьютерное зрение, легкий корпус из углепластика и многосуставный манипулятор. Робот может распознавать и сортировать предметы, например — таблетки или другие препараты, перемещать их, что позволяет использовать его в уходе за пациентами или в лаборатории и делает медицинским роботом-помощником.
Производство мединструментов
Впечатляющие результаты принес робот Universal Robots производителю медицинского оборудования Tegra Medical. Компания столкнулась с трудностями, а именно падением прибыли из-за роста расходов и снижения спроса со стороны клиентов. Проблема решилась благодаря внедрению на производстве трех роботов в виде рук от Universal Robots (UR10 и 2 UR5), вследствии чего производительность станков удвоилась, а штат операторов, работающих на полную ставку был сокращен на 11 человек. В результате компании удалось сократить расходы на производство и удовлетворить потребности клиентов.
Ускоренный анализ крови в лабораториях
Два робота UR5 впечатлили и сотрудников больницы Копенгагенского университета в Гентофте. Первый робот берет образец крови и помещает его в сканер штрих-кода. Камера видеонаблюдения фотографирует цвет шляпки винта, и робот направляет образец в одну из четырех стоек в соответствии с цветом. Второй робот отбирает образцы в стойке и помещает их в устройство подачи для центрифугирования и анализа. Роботы обрабатывают около 3000 образцов в день, 7-8 пробирок в минуту. Они позволили лаборатории вовремя справляться с работой без привлечения дополнительного персонала, несмотря на 20-процентное увеличение количества образцов крови на анализ. Более 90% результатов готовы менее чем через час после прибытия в лабораторию.
3D-печать в медицине
Любой 3D-принтер, по сути своей, является электромеханическим устройством с программным управлением, то есть также роботом, так что нельзя не упомянуть здесь и 3D-печать — относительно новую технологию, которая быстро становится необходимым компонентом многих открытий в сфере медицины.
EnvisionTEC Bioplotter использовался для изготовления компонентов индивидуального протеза руки. Дизайнеры использовали поликапролактон для печати компонентов сустава, поскольку этот материал близок к хрящевой ткани. Есть также возможность, создавать более жесткие или гибкие компоненты протезов, используя разные материалы. Таким образом, использование 3D-печати в медицине обеспечивает быструю и недорогую альтернативу для создания индивидуального протезирования.
Используя методы, разработанные Shah Lab, врачи теперь могут печатать клетки для создания конструкции печени “в пробирке”, которая имплантируется в тело пациента и перерастает в полноразмерную функционирующую печень. Эта процедура устраняет необходимость в донорстве органов и, поскольку для печати используются собственные клетки пациента, значительно снижается вероятность отторжения.
3D-печать уже смогла добиться успеха в излечении “разбитых сердец”. Принтер EnvisionTEC был использован для создания створок аортального клапана сердца.
Используя преимущества технологий 3D-печати, врачи имеют возможность сканировать пациентов, чтобы выявить их индивидуальные проблемы, а затем использовать программное обеспечение 3D-дизайна для разработки и печати клапана, смоделированного точно в соответствии с размером, необходимым для пациента. Чтобы напечатать сердечный клапан, врачи используют EnvisionTEC Bioplotter для нанесения слоев чередующихся каркасы и поддерживающих материалов нужной формы. После завершения процесса печати клапан помещают в теплую воду для того, чтобы поддерживающего материала растворился. После этого врачи получают клапан, который можно сразу имплантировать пациенту или использовать для тестирования. Этот медицинский прорыв имеет большое значение для людей, страдающих заболеваниями сердечно-сосудистой системы.
Печать стоматологических кап
Капы, или элайнеры, создают огромную конкуренцию привычным брекетам в виду таких преимуществ как эстетика, удобство и здоровье зубов. Если ранее поставку кап приходилось подолгу ждать из-за границы, что негативно сказывалось на продолжительности и стоимости лечения, то с появлением оборудования для 3D-печати в отечественных клиниках все стало гораздо проще. Теперь напечатать капы для своих клиентов не составит большого труда.
Мы решили опробовать эффективность такого способа лечения и провести на себе эксперимент согласился основатель компании и директор по развитию Василий Киселев. Процесс исправления прикуса занял 6 месяцев, всего было использовано 16 пар элайнеров, напечатанных с помощью стереолитографического 3D-принтера Formlabs Form 2. Результат можете оценить сами.
Подробнее о кейсе читайте в нашей статье.
Заключение
Как мы видим, медицинская робототехника творит чудеса, а это значит, что совсем скоро индустрия медицины выйдет на совершенно другой уровень. Робототехника в медицине изменяет лечение уже сейчас, а нам остается лишь успевать наблюдать за очередными революционными открытиями и не отставать от прогресса.
Ищете роботов для лаборатории, клиники или медцентра? В Top 3D Shop вы найдете последние достижение робототехники, которые помогут облегчить и сделать эффективнее труд медперсонала и увеличить эффективность и рентабельность медицинских учреждений.
Подписывайтесь на наш телеграм-канал с отборными кейсами Роботизации и Автоматизации со всех уголков мира: