Будущее хирургии предполагает фантастическое сотрудничество между людьми и технологиями, которое может поднять уровень точности и эффективности операций так высоко, как мы еще никогда не видели. Искусственный интеллект, хирургические роботы, 3D-печать и новые методы визуализации уже используются в широком спектре процедур. Но это еще не все.

Необходимо также учитывать человеческий фактор в хирургии. На врачах лежит огромная ответственность: одним разрезом на теле пациента они могут нанести непоправимый ущерб или совершить медицинское чудо. С развитием цифровых технологий хирурги получают новые устройства, чтобы сделать как можно меньше разрезов. Это новые хирургические технологии, которые расширяют возможности хирургов, а не заменяют их.

Хирурги также склонны отдаляться от пациентов. Человеческое общение не обязательно является квинтэссенцией их работы; однако по мере того, как технологические решения проникают в их практику, беря на себя часть их повторяющихся задач, имеет смысл пересмотреть такую позицию. Сочувственное отношение к пациентам до и после операции обеспечит незаменимость их услуг и в век робототехники и искусственного интеллекта. И все это обещают новые технологии.

Виртуальная реальность (virtual reality, VR)

Начиная с 2016 года такие компании, как Osso VR, ImmersiveTouch, OramaVR и Fundamental VR разрабатывают системы, позволяющие использовать VR как для обучения, так и для визуализации.

VR может поднять преподавание и обучение в медицине на совершенно новый уровень, заменив студентам подглядывание через плечо хирурга во время операции. Используя VR, хирурги могут транслировать операции, позволяя студентам-медикам виртуально находиться в операционной, используя специальные очки. Помощь таких технологий в отработке процедур или действий по спасению жизни неоценима.

И хотя за последние годы это еще не стало нормой в медицинском обучении или образовании, ведущие университеты и институты начинают использовать эту технологию.

Например, в Израиле разработана специализированная система для хирургов на базе технологии виртуальной реальности Surgical Theater, созданная при участии бывших офицеров военно-воздушных сил Израиля. Surgical Theater позволяет нейрохирургам подготовиться к конкретным операциям примерно так, как летчики-истребители готовились к конкретным миссиям.

Система состоит из трех частей. Первая часть Precision VR Viewer представляет собой средство, которое превращает обычные черно-белые двухмерные КT- или МРТ-сканы пациентов в интерактивную 3D модель, чтобы помочь пациентам и их семьям лучше понять заболевание и методы его лечения. Вторая часть - это программа Surgical Planner, которая преобразует файлы двумерных изображений в VR-реконструкции для помощи нейрохирургам в планировании процедуры. С помощью VR-гарнитуры хирурги могут просматривать цифровую реконструкцию, изучать проблемные зоны под любым углом и разрабатывать персонализированный хирургический подход.

Третьей частью платформы является SNAP (Surgical Navigation Advanced Platform), которая интегрирует хирургический VR-план для конкретного пациента в существующую систему хирургической навигации в операционной. По словам разработчиков, детальная визуализация, сделанная SNAP, может привести к более точным хирургическим процедурам, которые могут защитить мозг и оптимизировать результаты лечения и сроки выздоровления пациента.

Дополненная реальность (augmented reality, AR)

AR отличается от VR двумя существенными особенностями. Пользователи AR не теряют связь с реальностью, в то время как VR максимально быстро передает информацию в поле зрения. Эти отличительные особенности имеют огромный потенциал для того, чтобы помочь хирургам повысить эффективность операций. Проводят ли они минимально инвазивные операции или определяют местонахождение опухоли в печени, медицинские приложения AR могут помочь спасти жизни и обеспечить беспрепятственное лечение пациентов.

В 2020 году в США была проведена первая операция на позвоночнике с использованием AR, в ходе которой система AR Guidance помогла хирургам визуализировать 3D-анатомию позвоночника пациента во время операции - как будто у врачей было рентгеновское зрение. Команда из больницы Джона Хопкинса высоко оценила этот инструмент за точность, безопасность и операционную эффективность. Аналогичное решение - xvision - разработала компания Augmedics. Оно предназначено для хирургической навигации при операциях на позвоночнике.

xvision - это настоящая система хирургической навигации, сравнимая с такими решениями как Medtronic StealthStation или Stryker Brainlift System, которое точно отслеживает положение хирургических инструментов, имплантатов и контролирует всю операцию на позвоночнике.

Система xvision включает в себя головное устройство с расположенным перед глазами прозрачным дисплеем и все элементы традиционной навигационной системы. Она точно определяет положение хирургических инструментов в режиме реального времени, после чего на данные компьютерной томографии пациента накладывается виртуальное изображение их траектории движения.

Затем с помощью гарнитуры трехмерные навигационные данные проецируются на сетчатку глаза хирурга, позволяя ему одновременно смотреть на пациента и видеть навигационные данные, не отвлекая глаз на удаленный экран во время процедуры.

Еще одна компания, Proprio, помогает медицинским работникам, создавая сверхточные 3D-изображения с помощью технологии искусственного интеллекта.

Система медицинской визуализации True 3D компании EchoPixel позволяет врачам взаимодействовать с конкретными органами и тканями пациента в открытом трехмерном пространстве. Она позволяет врачам немедленно выявлять, оценивать и препарировать клинически значимые структуры.

Хирургические роботы

Сегодня хирургические роботы оснащены 3D-камерами, которые записывают ход операции. Пока врач продолжает операцию, видео передается на компьютерный экран, расположенный где-то рядом.

Самым известным хирургическим роботом является хирургическая система da Vinci, и она была представлена более 20 лет назад. Она оснащена увеличенной системой трехмерного зрения высокой четкости и крошечными инструментами, которые сгибаются и вращаются гораздо сильнее и точнее, чем человеческая рука. С помощью системы da Vinci хирурги оперируют всего через несколько небольших разрезов - неудивительно, что на сегодняшний день эта система уже использовалась в более чем 8,5 млн операций по всему миру.

В ходе этой процедуры хирург постоянно на 100% контролирует роботизированную систему. Дополнительная ценность робота заключается в том, что он помогает хирургу накладывать швы, рассекать и втягивать ткани.

Кроме гигантских роботизированных хирургических систем существуют и их существенно меньшие собратья. Разработанное израильской компанией XACT Robotics устройство XACT ACE - это роботизированная система, не требующая использования рук и разработанная для повышения точности достижения целей при чрескожных процедурах, проводимых под контролем компьютерной томографии, включая абляции, биопсии и адресную доставку лекарств, с высоким уровнем безопасности, предсказуемости и точности.

Система состоит из двух основных компонентов - робота и консоли. Консоль используется для планирования процедуры, управления инструментом и контроля его продвижения. Робот весом менее четырех килограммов устанавливается прямо на пациента, чтобы помочь радиологу выполнить чрескожную процедуру без необходимости вручную направлять введение инструмента, обычно иглы, для достижения цели в теле. При этом если цель перемещается во время процедуры - что часто происходит при введении инструмента, движении или дыхании пациента - нелинейные возможности управления робота позволяют достичь цели в новом месте в соответствии с обновленной траекторией.

Хирургические роботы могут значительно повысить точность операций, но настоящий прорыв произойдет только с появлением полностью автономных роботов в операционных. Возможно, это займет некоторое время, но место для роботов в здравоохранении определенно есть.

Минимально инвазивная хирургия

Одним из методов, совершивших революцию в хирургии, стало внедрение лапароскопов, а затем эндоскопов.

Минимально инвазивная хирургия позволяет делать меньше, но более точных разрезов, меньше надрезов, что приводит к меньшей боли и более быстрому восстановлению. Компания Levita, создающая медицинское оборудование, намерена усовершенствовать такие процедуры с помощью своей магнитной хирургической системы для простатэктомии, одобренной FDA. Эта инновационная технологическая платформа использует магнитное втягивание для захвата и втягивания желчного пузыря во время лапароскопической операции.

Компания Vicarious Surgical разработала систему, которая обладает исключительным радиусом действия и способностью "повторять" все движения хирурга - и даже больше. Она создает один разрез всего 1,5 см в поперечнике, через который можно пропустить два роботизированных манипулятора и камеру.

3D-печать и симуляция в предоперационном планировании и обучении

Сложные и рискованные операции, длящиеся часами, требуют тщательного планирования. Существующие технологии, такие как 3D-печать или различные методы моделирования, очень помогают в реформировании медицинской практики и методов обучения, а также в моделировании и планировании сложных хирургических процедур.

Исследователи из Университета штата Пенсильвания недавно восстановили кожу и кости с помощью биопечати во время операции на модели крысы. Травмы лица и черепа особенно трудно устранить, так как там много слоев различных тканей. Во время этой операции специалисты напечатали как кость, так и мягкие ткани. При этом биопринтеру потребовалось менее 5 минут, чтобы напечатать слой кости и мягкой ткани.

Технология 3D-печати также начала закрепляться в медицинском образовании. Чтобы предоставить хирургам и студентам альтернативу живым людям, пара врачей из Медицинского центра Рочестерского университета в 2016 году разработала способ использования 3D-печати для создания искусственных органов. Они выглядели, ощущались и даже кровоточили как настоящие. С тех пор 3D-печать захватывает институты, поскольку она позволяет будущим врачам глубже понять анатомию и патологию, лучше разобраться в процедурах и повысить квалификацию и уверенность обучающихся.

Например, учебные модели Stratasys предлагают клинически значимое обучение на реалистичных анатомических моделях, созданных практически для любого клинического сценария; а компания Materialise предлагает курс "3D-печать в медицине" в качестве практического обучения для больниц, чтобы ознакомить персонал с технологией и ее возможностями в условиях больницы.

В марте 2016 года в Китае команда опытных врачей решила построить полноразмерную модель сердца маленького ребенка, родившегося с пороком сердца. Они заранее спланировали чрезвычайно сложную операцию на крошечном сердце и с успехом смогли завершить операцию.

Оперативная диагностика