Европейски изследователи разработват роботизирани „върхове на пръстите“, които биха могли да върнат на хирурзите осезателното усещане по време на минимално инвазивни и роботизирани операции.
автор: Антъни Кинг
Съвременната хирургия претърпя развитие от дългите разрези към миниатюрни прорези, направлявани от роботи и с помощта на изкуствен интелект. В хода на този процес обаче хирурзите изгубиха нещо жизненоважно: възможността за пряко осезание във вътрешността на тялото. Без палпация става по-трудно да се открият тъканни аномалии по време на операция.
Група от хирурзи и инженери от цяла Европа се опитва в момента да възвърне този жизненоважен аспект на хирургическата практика.
В рамките на финансирано от ЕС научно сътрудничество, наречено PALPABLE, екипът разработва мек роботизиран „връх на пръста“, който може да долавя колко твърди или меки са тъканите по време на минимално инвазивни и роботизирани хирургични операции. Изследването ще продължи до края на 2026 г., като се очаква първият прототип да бъде изпитван от хирурзи около месец март 2026 г.
Чрез съчетаване на оптични сензори, т.нар. мека роботика (soft robotics), и изкуствен интелект екипът проектира сонда, която имитира начина, по който върхът на пръста натиска и усеща по време на хирургична операция. Тя ще изследва внимателно органите и ще създава визуална карта на твърдостта на тъканите, показваща се на екран, за да напътства хирурзите по време на интервенцията.
Загубата на докосването при хирургични операции
За много хирурзи загубата на директното докосване е един от премълчаваните компромиси на съвременната хирургия.
„Преди тридесет години започнахме с отворена хирургия, използвайки пръстите си“ — споделя професор Алберто Арецо от Университета в Торино, Италия. Той специализира в областта на минимално инвазивната и роботизираната хирургия и лекува предимно пациенти с pак на дебелото черво и ректума.
„След това навлязохме в ерата на лапароскопската хирургия, която ограничи тактилната обратна връзка, тъй като започнахме да използваме дълги инструменти“ — споделя той.
От 90-те години на миналия век лапароскопските операции станаха все по-разпространени, позволявайки на хирурзите да оперират през малки разрези с помощта на камера. Предимствата за пациентите бяха по-малка травма, по-кратък болничен престой и по-бързо възстановяване.
Но това се случи за сметка на физическото докосване. А то е от съществено значение, тъй като туморите често се усещат по-различно от здравата тъкан — те са по-твърди, по-малко еластични или с неправилна форма — все важни разлики, които опитните ръце могат да доловят.
Определяне на границите на тумора
Когато оперират злокачествени образувания, хирурзите вървят по тънък лед: ако отстранят твърде много тъкан, функциите на органа могат да пострадат; ако отстранят твърде малко, може да останат ракови клетки, които впоследствие да се разпространят отново и да наложат повторна интервенция.
„Не искаме да се стига дотам. Стремим се всичко да бъде извършено успешно от първия път“ — споделя д-р Гади Маром от медицинския център „Хадаса“ в Йерусалим — един от клиничните специалисти, участващи в изследването, който специализира в минимално инвазивната и роботизираната хирургия при пациенти със заболявания на стомаха и хранопровода.
Именно тук може да дойде на помощ сензорната технология. Чрез превръщането на физическия контакт във визуална информация — например карта с цветова кодировка, изобразяваща по-меките и по-твърдите зони — хирурзите биха могли да си възвърнат функционалния еквивалент на докосването.
„С помощта на нов инструмент искаме да можем да определяме границите около тумора“ — споделя д-р Маром.
Използване на светлината, за да докоснем
За да постигнат това, инженерите от екипа залагат на светлината.
Разработваната от тях сонда съдържа оптични кабели, вградени в мек и гъвкав накрайник. При допир до тъканта накрайникът се деформира, което води до промяна в светлинния поток, преминаващ през влакната.
„Силиконова полусфера се притиска към меката тъкан, което ни позволява да картографираме както посоката, така и големината на приложената сила“ — обяснява д-р Георгиос Виолакис от Гръцкия средиземноморски университет в Ираклион, Крит.
Тези фини изменения в интензитета и дължината на светлинната вълна след това се преобразуват в информация за твърдостта на тъканта.
В лабораторията екипът вече е конструирал и калибрирал първите версии на меката мембрана и светлинните сензори, с партньори, които допринасят за различните части на системата.
Университетът „Куин Мери“ в Лондон (Обединеното кралство) съдейства за проектирането и усъвършенстването на мембраните, институтът „Фраунхофер“ (Германия) разработва функционалните слоеве, докато Bendabl (Гърция), Tech Hive Labs (Гърция) и Университетът на Есекс (Обединеното кралство) работят по софтуера, необходим за визуализиране на картите на твърдостта и тактилните карти.
Прототипът ще бъде валидиран чрез лабораторни изпитвания, преди да бъде приложен при пациенти.
Всеки от оптичните кабели е с приблизителна дебелина на човешки косъм. Подобна сензорна технология отдавна се използва за улавяне на фини движения в масивни структури като самолети, небостъргачи и ядрени реактори. Тук тя се прилага в значително по-малък мащаб, за да се доловят едва забележими разлики в човешките тъкани.
„За да докосва органи в тялото на пациент под упойка, устройството трябва да бъде както изключително прецизно, така и с висока разделителна способност — посочва професор Панайотис Полигеринос, изследовател в областта на меката роботика в Гръцкия средиземноморски университет. — Нещо подобно може би щеше да бъде възможно и по-рано, но тогава технологията щеше да бъде значително по-скъпа и по-малко точна, което би я направило неприложима за клиничната практика“.
Докосване и за роботите
С все по-широкото навлизане на роботите в хирургията загубата на тактилната обратна връзка става все по-осезаема, а възстановяването на осезателното усещане — още по-жизненоважно.
„Когато оперирам с помощта на робот, разполагам с предимството на триизмерното зрение — споделя Маром. — Освен това не се налага да стоя прав по време на цялата операция“. Това е от значение при продължителни процедури, като например отстраняването на хранопровода на пациента, което може да отнеме до осем часа.
Роботизираната хирургия разкрива и нови възможности. Маром се надява, че в крайна сметка това ще позволи на хирурзите, във внимателно подбрани случаи, да отстраняват малки тумори от хранопровода, без да се налага премахването на целия орган.
Но има и обратна страна.
„При роботизираната хирургия тактилната обратна връзка до голяма степен отсъства — посочва Арецо. Ето защо тази разработка е толкова значима“.
И двамата хирурзи са убедени, че роботиката ще продължи да навлиза все повече в операционните зали, но само ако на хирурзите бъде предоставена по-съвършена сензорна информация.
„Вярвам, че рано или късно по-голямата част от операциите ще се извършват роботизирано“ — допълва Арецо.
За Маром тясното сътрудничество с инженерите е било от основополагащо значение. „Имам пряк досег с меката роботика и множество нови технологии“ — споделя той. — Виждам как могат да бъдат разработени нови инструменти“.
„Важното в крайна сметка е, че това ще ни позволи да полагаме по-добри грижи за нашите пациенти“ — добавя той.
Проучването в настоящата статия е финансирано по програмата на ЕС „Хоризонт“. Вижданията на интервюираните не отразяват непременно вижданията на Европейската комисия. Статията е публикувана първоначално в списанието за изследвания и иновации на ЕС Horizon.
