Эта веха приближает перспективу интеллектуальной роботизированной системы, способной направлять инструменты в точные места тела для взятия биопсии или исследования внутренних тканей.
Врач или медсестра по-прежнему будут рядом, чтобы принимать клинические решения, но сложная задача по манипулированию устройством перекладывается на роботизированную систему.
Последние результаты – «Обеспечение будущего колоноскопии с помощью интеллектуальных и автономных магнитных манипуляций» – это кульминация 12-летних исследований международной группы ученых под руководством Университета Лидса.
Исследование опубликовано сегодня (понедельник, 12 октября) в научном журнале Nature Machine Intelligence.
Испытания системы на пациентах могут начаться в следующем году или в начале 2022 года.
Пьетро Валдастри, профессор робототехники и автономных систем в Лидсе, руководит исследованием. Он сказал: «Колоноскопия дает врачам окно в мир, скрытый глубоко внутри человеческого тела, и играет жизненно важную роль в выявлении таких заболеваний, как колоректальный рак. Но технология оставалась относительно неизменной на протяжении десятилетий.
«Мы разработали систему, с которой легче работать врачам или медсестрам и которая менее болезненна для пациентов. Это важный шаг на пути к тому, чтобы сделать колоноскопию более доступной, что необходимо для ранней диагностики колоректального рака."
Поскольку систему проще в использовании, ученые надеются, что это может увеличить количество поставщиков, которые могут выполнять процедуру, и обеспечить больший доступ пациентов к колоноскопии.
Колоноскопия – это процедура исследования прямой и толстой кишки. Обычная колоноскопия выполняется с использованием полугибкой трубки, которая вставляется в задний проход, и некоторые пациенты находят этот процесс настолько болезненным, что им требуется анестетик.
Магнитный гибкий колоноскоп
Исследовательская группа разработала меньшее по размеру устройство в форме капсулы, которое привязано к узкому кабелю и вводится в задний проход, а затем направляется на место – не врачом или медсестрой, толкающими колоноскоп, а магнитом на роботизированной руке. над пациентом.
Роботизированная рука перемещается вокруг пациента во время маневрирования капсулы.
Система основана на принципе притяжения и отталкивания магнитных сил.
Магнит снаружи пациента взаимодействует с крошечными магнитами в капсуле внутри тела, перемещая ее через толстую кишку. Исследователи говорят, что это будет менее болезненно, чем обычная колоноскопия.
Управлять роботизированной рукой можно вручную, но эту технику сложно освоить. В ответ исследователи разработали разные уровни роботизированной помощи. Это последнее исследование оценило, насколько эффективны различные уровни роботизированной помощи при оказании помощи неспециализированному персоналу в проведении процедуры.
Уровни роботизированной помощи
Прямое управление роботом. Здесь оператор имеет прямое управление роботом с помощью джойстика. В этом случае нет никакой помощи.
Интеллектуальная телеоперация эндоскопа. Оператор сосредотачивается на том, где он хочет, чтобы капсула была расположена в толстой кишке, оставляя роботизированную систему для расчета движений роботизированной руки, необходимых для установки капсулы на место.
Полуавтономная навигация. Роботизированная система автономно перемещает капсулу через толстую кишку, используя компьютерное зрение, хотя оператор может это изменить.
Во время лабораторного моделирования 10 сотрудников, не являющихся экспертами, попросили доставить капсулу в точку в толстой кишке в течение 20 минут. Они сделали это пять раз, используя три разных уровня помощи.
Используя прямое управление роботом, участники добились успеха в 58% случаев. Это увеличилось до 96% при использовании интеллектуальной телеоперации эндоскопа и до 100% при использовании полуавтономной навигации.
На следующем этапе эксперимента двух участников попросили ввести обычный колоноскоп в толстую кишку двух анестезированных свиней, а затем повторить задание с помощью роботизированной системы с магнитным управлением, используя различные уровни помощи. Ветеринар следил за тем, чтобы животные не пострадали.
Участники были оценены по индексу нагрузки задачи НАСА, показателю того, насколько сложной была задача, как физически, так и морально.
Индекс нагрузки НАСА показал, что им было легче управлять колоноскопом с помощью роботов. Чувство разочарования было основным фактором при использовании обычного колоноскопа, когда участники имели прямой контроль над роботом.
Джеймс Мартин, доктор философии из Университета Лидса, который был одним из руководителей исследования, сказал: «Работа с роботизированной рукой – сложная задача. Это не очень интуитивно понятно, и это тормозило развитие гибких магнитных колоноскопов.
«Но мы впервые продемонстрировали, что можно переложить эту функцию на роботизированную систему, предоставив оператору возможность думать о клинической задаче, которую он выполняет, – и это существенно влияет на производительность человека."
Методы, разработанные для проведения обследований с помощью колоноскопии, могут быть применены к другим эндоскопическим устройствам, например к тем, которые используются для осмотра верхних отделов пищеварительного тракта или легких.
Доктор Бруно Скаглиони, научный сотрудник в Лидсе и соруководитель исследования, добавил: «Роботизированная колоноскопия может революционизировать способ проведения процедуры.
Это означает, что люди, проводящие обследование, не должны быть экспертами в обращении с устройством.
"Мы надеемся, что это сделает эту технику более доступной, где ее можно будет предлагать в клиниках и медицинских центрах, а не в больницах."