Презентация на тему "медицинская робототехника ". Обзор состояния робототехники в восстановительной медицине Обучение: симуляторы пациентов

ООО «ОЛМЕ» Санкт-Петербург., к.м.н. Вагин А.А.

Развитие робототехники в восстановительной медицине, реабилитация обездвиженных больных - проблемы и решения.

Конкуренцию на сегодняшний день определяет не обладание большими ресурсами или потенциалом производства, а объем знаний накопленный предыдущими поколениями, способность его структурировать, им управлять и персонально использовать.
Одной из важных задач Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) является внедрение в клиническую медицину перспективных ИИТ с методами и средствами ИИ для совместного информационного взаимодействия и использования.

Современная концепция интеллектуальных информационных систем предполагает объединение электронных записей о больных (electronic patient records) с архивами медицинских изображений, данными мониторинга с медицинских приборов, результатами работы визированных лабораторий и следящих систем, наличие современных средств обмена информацией (электронной внутрибольничной почты, Internet, видеоконференций и т.д.) .

В настоящее время активное становление и интенсивное развитие получило перспективное профилактическое направление в виде восстановительной медицины, сложившееся на основе принципов санологии и валеологии. Высокая заболеваемость и смертность, неуклонное снижение качества жизни, отрицательный прирост народонаселения способствовали разработке и внедрению в практическую медицину самостоятельного профилактического направления.

Однако, существующие на сегодняшний день экономические, социальные, правовые, медицинские учреждения выполняют функции в основном по лечению и реабилитации инвалидов, вопросами предупреждения и реабилитационного лечения болезни занимаются недостаточно. Экономическая и социальная ситуация в нашей стране способствует появлению чувства страха и напряженности при наличии травмы или болезни у человека, является источником психосоциальных проблем.

Необходимость активного сохранения здоровья в условиях инфраструктуры медицинских организаций определяется стремлением вывести медицину на новый виток развития. Однако дальнейшее реформирование ее затруднено не только из-за недостаточного финансирования данной отрасли, но и четких единых нормативов и методик планирования, ценообразования, тарификации медицинских услуг, а также распределением ответственности между органами исполнительной власти и ее субъектов за выполнением определенных объемов медицинской помощи.

За последнее десятилетие был достигнут значительный прогресс в медицинской робототехнике. Сегодня несколько тысяч операций на предстательной железе выполняются при помощи медицинских роботов с минимально возможной травматичностью для пациентов. Медицинские роботы позволяют обеспечить минимальную травматичность хирургических операций, более быстрое восстановление пациентов, минимальный риск инфекции и побочных эффектов. Хотя число медицинских процедур, которые выполняют роботы еще сравнительно невелико, следующее поколение робототехники сможет предоставить хирургам более широкие возможности для визуализации операционного поля, обратной связи с хирургическим инструментом и окажет огромное влияние на прогресс в хирургии.

По мере старения населения, число людей, страдающих сердечно-сосудистыми заболеваниями, инсультами и другими заболеваниями продолжает расти. После перенесенного инфаркта, инсульта, позвоночно-спинальной травмы очень важно, чтобы пациент, насколько это возможно, регулярно занимался физическими упражнениями.

К сожалению, пациент обычно вынужден заниматься физической терапией в лечебном учреждении, что зачастую невозможно. Следующее поколение медицинских роботов поможет пациентам выполнять хотя бы часть необходимых физических упражнений в домашних условиях.
Робототехника также начинает использоваться в здравоохранении для ранней диагностики аутизмы,
тренировки памяти у людей с особенностями психического развития.

Развитие робототехники в других странах.

Европейская комиссия недавно приступила к осуществлению программы развития робототехники, в которую вложило 600 млн. евро чтобы укрепить обрабатывающую промышленность и сферу услуг. Корея планирует вложить 1 млрд. долларов США в развитие робототехники в течение 10-ти лет. Подобные, но меньшие программы существуют в Австралии, Сингапуре и Китае. В Соединенных Штатах, финансирование исследований и разработок в области робототехники осуществляется, в основном, в оборонной промышленности, в частности, для беспилотных систем. Но существует и программы развития робототехники в области здравоохранения и услуг. Несмотря на то, что промышленные отрасли робототехники родился в США, мировое лидерство в этой области в настоящее время принадлежит Японии и Европе. И не очень понятно, как США смогут сохранить их лидирующие позиции в течение длительного времени без национальной приверженности развития и внедрения технологий робототехники .

Существующие структурные подразделения осуществляют этапность реабилитационных мероприятий по принципу: стационар – стационарно-курортное лечение – поликлиника. На I этапе стационарной помощи больному устраняются и предупреждаются осложнения острого заболевания, осуществляется стабилизация процесса, проводится физическая и психическая адаптация.

Санаторно-курортный этап (II) – это промежуточное звено между стационаром и поликлиникой, где при относительной стабилизации клинико-лабораторных показателей, проводится медицинская реабилитация больных на основе использования целебных природных факторов. Ш этап – это поликлиника, основное назначение которой на современном уровне амбулаторно-поликлинической помощи выявить компенсаторные возможности организма, их развитие в разумных пределах, а также осуществить комплекс мероприятий, направленных на борьбу с факторами риска сопутствующих осложнений и ухудшений заболеваний. Однако, эта система помощи на практике не всегда осуществима.

Основная трудность – значительные экономические и финансовые затраты на госпитализацию больных, особенно с пограничной стадией заболевания, высокая стоимость санаторно-курортного лечения, недостаточная оснащенность поликлиник современными методами обследования и лечения.

В настоящее время существует несколько международных стандартов регистрации клинических данных в МИС лечебных учреждений:

• SNOMED International (College of American Pathologists, США);
• Unified medical language system (National Medical Library, США);
• Read clinical codes (Центр по кодированию и классификации национальной системы здравоохранения, Великобритания) .

В последние годы в США большинство крупных медицинских центров уже не работают без информационных систем (ИС), на которые приходится более 10% расходов больниц .
В здравоохранении США объем расходов на информационные технологии составляет примерно 20 млрд. долларов в год. Особый интерес вызывают медицинские системы, которые непосредственно помогают врачу увеличить эффективность работы и повысить качество лечения больных .

Проведенные исследования за последние пять лет дали возможность более полно понять процессы происходящие при травме спинного мозга и ее последствиях, а также принципах воздействия на негативные моменты происходящие в зоне повреждения. Такое пристальное внимание именно к этой категории пациентов объяснимо тяжестью последствий возникающих в процессе травмы и последующего дальнейшего развития травматической болезни спинного мозга.

Морфологическое изучение травмированного спинного мозга (СМ) указывает на то, что повреждение тканей не ограничивается областью воздействия разрушающей силы, а, захватывая первично интактные участки, приводит к образованию более обширного повреждения. При этом в процесс вовлекаются структуры головного мозга, а также периферической и вегетативной нервной систем. Установлено, что сенсорные системы изменяются гораздо глубже, чем моторные .

Современная концепция патогенеза травматического повреждения СМ рассматривает два основных взаимосвязанных механизма гибели клеток: некроз и апоптоз.
С некрозом связывают непосредственное первичное повреждение мозговой ткани в момент приложения травматической силы (контузия или сдавление паренхимы мозга, дисциркулляторные сосудистые расстройства). Некротический очаг впоследствии эволюционирует в глиально-соединительнотканный рубец, вблизи которого в дистальном и проксимальном отделах СМ образуются мелкие полости, образующие посттравматические кисты различного размера .

Апоптоз является механизм отсроченного (вторичного) повреждения клеток, представляющего собой их физиологическую гибель, необходимую в норме для обновления и дифференцировки тканей . Развитие апоптоза при травме СМ связано с воздействием на геном клетки возбуждающих аминокислот (глутамат), ионов Са2+, медиаторов воспаления, ишемии и пр. .
Первоначально наблюдается апоптоз нейронов вблизи от некротического очага (пик гибели - 4-8 часов). Затем развивается апоптоз микро- и олигодендроглии (пик гибели – третьи сутки). Следующий пик глиального апоптоза наблюдается через 7-14 суток на отдалении от места травмы и сопровождается гибелью олигодендроцитов.
Вторичные патологические изменения включают петехиальные кровоизлияния и геморрагический некроз, свободнорадикальное окисление липидов, увеличение протеазной активности, воспалительный нейронофагоцитоз и тканевую ишемию с дальнейшим высвобождением ионов Са2+, возбуждающих аминокислот, кининов, серотонина. Всё это в конечном итоге проявляется распространенной восходящей и нисходящей дегенерацией и демиелинизацией нервных проводников, гибелью части аксонов и глии.

Расстройства в деятельности ряда органов и систем, непосредственно не пострадавших при травме, создают новые многообразные патологические ситуации. В денервированных тканях повышается чувствительность к биологически активным веществам (ацетилхолину, адреналину и т. д.), возрастает возбудимость рецептивных полей, снижается порог мембранного потенциала, уменьшается содержание АТФ, гликогена, креатинфосфата. В паретичных мышцах нарушаются липидный и углеводный обмен, что влияет на их механические свойства - растяжимость и сократимость, способствует ригидности.

Расстройство минерального обмена приводит к формированию параоссальных и периартикулярных осификатов, осифицирующего миозита, остеопороза.
Все это может стать причиной новых осложнений: пролежней, трофических язв, остеомиелита, суставно-мышечных контрактур, анкилозов, патологических переломов, костных деформаций - в опорно-двигательном аппарате; камнеобразования, рефлюкса, воспаления, почечной недостаточности - в мочевыводящей системе. Складываются связи, носящие разрушительный характер. Возникает угнетение и функциональное выпадение ряда систем, непосредственно в травме не пострадавших. Под действием непрерывного потока афферентной импульсации активные нервные структуры впадают в состояние парабиоза и становятся невосприимчивыми к специфическим импульсам.

Параллельно формируется и другая динамическая линия - восстановительно-приспособительных функциональных изменений. В условиях глубокой патологии происходит оптимально возможная перестройка механизмов обеспечения адаптации к среде. Организм переходит на новый уровень гомеостаза. В этих условиях гиперреактивности и напряжения формируется травматическая болезнь спинного мозга (ТБСМ) .
С целью проверки предположения о существовании способов предупреждения формирования рубцовой ткани в зоне травмы спинного мозга, до прорастания через нее аксонов нейронов (рабочая гипотеза), Вагиным Александром Анатольевичем была проведена экспериментальная работа на крысах породы «Вистар». Для постановки экспериментов отбирали хорошо развитых и здоровых животных с хорошим поведением, половозрелых, годовалого возраста.

Все экспериментальные процедуры и манипуляции проводились в операционной кафедры патологической физиологиии Военно-Медицинской академии в условиях, отвечающих требованиям СанПин 2.1.3.1375-03. Животные укладывались на операционный стол. Применяли эфирный наркоз. В контрольной группе (группа А) было 22 крысы, в основных группах (группы В и С) – по 21 и 22 соответственно. Всем животным была проведена частичная (под эфирным наркозом) денервация нижней части спинного мозга на уровне 3 грудного позвонка. Экспериментальную денервацию у подопытных животных выполняли в стерильных условиях с соблюдением правил асептики и антисептики. Для нанесения спинальной травмы крысам, использовали только прямую иглу 1,2x40 мм и шовный материал для наложения сдавливающей петли на СМ (супрамидная нить диаметром 0.1 мм стерильная). После нанесения экспериментальной травмы в послеоперационном периоде животные разных групп содержались по разному, но все погружались в медикаментозный сон (Sol. Relanii 0,3 внутрибрюшинно, 2 раза в сутки) на весь срок наблюдения.

Группа контроля (А) содержалась в стандартных условиях, а у крыс основных групп (В и С) применялась методика содержания в условиях фиксации в специальной кювете. Устройство с кюветой служили прообразом «оптимальной восстанавливающей среды» и состояло из фиксированного ложа выполненного из полиуретановой трубы диаметром 5см, длиной 10 см., рассеченной по длиннику с оставлением лепестков длиной 5 см., шириной 1 см. для фиксации лап животного. Лепестки кюветки соединены с движущимися рычагами электродвигателей (4шт.), штоки которых совершают линейные движения позволяющие совершать заданные движения лапами животного (пассивные движения) через релейное устройство получающее команды из промышленного компьютера по заданной программе. В описанное ложе животное укладывалось на спину. Его лапы фиксировались к лепесткам кюветки. Пассивные движения осуществлялись в виде отведения и приведения конечностей животного. Возможные активные движения у животных осуществлялись ими в периоды пробуждения.

Эксперимент выполняли по двум направлениям:

1. Исследовались изменения на срезах спинного мозга животных после травмы во всех группах под световым и электронным микроскопами.
2. В ходе наблюдения за животными контрольной и основных групп фиксировались сроки восстановления болевой, температурной чувствительности, а также двигательной активности.

В результате проведенных гистологических, патофизиологических исследований получены следующие результаты. При гистологическом изучении срезов спинного мозга крыс в контрольной группе А гибель клеток в результате полученной травмы после непосредственного повреждения спинного мозга происходит в результате некроза и продолжается до 14 дней. В дальнейшем гибель клеток происходит в результате апоптоза, который наблюдается до 21-30 дней с формированием рубцовой ткани. Рубцовая ткань формируется из дегенерированных хаотично расположенных миелиновых волокон и осевых цилиндров не дающих возможности прорастания аксонов нейронов через зону рубцевания. Область формирования рубцовой ткани включает ядра клеток, переходящих в стадию апоптоидных телец.

В то же время, в основной группе В* - (В и С) выявляется отчетливая гистологическая картина восстановления клеток нейроглии и нейронов в условиях применения метода ПДИК.
При обработке статистических материалов экспериментальной патофизиологической части исследования данных в группе А восстановления болевой и температурной чувствительности, а также двигательной функции не отмечено.
В группе В* - (В и С) восстановление болевой чувствительности отмечено в 21,5% случаев, в 78,5% случаев восстановления не наступило. Восстановление температурной чувствительности отмечено в 15,4 % подопытных животных, в 84,6 % случаев восстановления не отмечено. В результате изучения изменения двигательной активности – восстановление наблюдалось только в основной группе В*. Отмечено, что движения в конечностях восстановились в 26,2% животных, в 73,8% случаев восстановления не наступило. Согласно данным непараметрического анализа на состояние болевой, температурной чувствительности, двигательной функции у исследуемых крыс оказывает достоверное (р<0,05) влияние на комплекс реабилитационных лечебных мероприятий с использованием метода постоянной длительной импульсной кинетикотерапии. Все данные используемые в анализе измерялись в номинальной шкале, для которой используются следующие критерии: Фи, V Крамера и коэффициент сопряженности, подтверждающие выявленные значимости различий встречаемых параметров в исследуемых группах (р<0,05).

Практическая апробация экспериментальной системы на подопытных животных привела к выводу, что реабилитационная методика, направленная на адекватное использование обнаруженного феномена создания оптимизирующих условий для восстановления функций поврежденного СМ должна обеспечивать следующие условия:

• периодическое создание раздражения эфферентных и афферентных путей выше и ниже очага повреждения СМ;
• замыкание рефлекторной дуги и тем самым включения в работу сегментарно-рефлекторного аппарата спинного мозга через один и тот же промежуток времени, с одной и той же силой, в одной и той же последовательности длительное время;
• работать в круглосуточном режиме на протяжении всего времени реабилитации.

Анализ результатов экспериментальной части работы показал, что применение метода постоянной длительной импульсной кинетикотерапии в посттравматическом периоде в клинических условиях у пациентов с последствиями спинальных травм может стимулировать восстановление утраченных функций органов и систем.

При переводе экспериментально подтвержденной модели оптимальной физиологической среды на платформу клинической апробации исходили из того, что в основу разрабатываемой новой методики реабилитационного лечения таких больных должны будут решаться основные задачи реабилитации:

• создание максимально благоприятных условий для течения регенеративных процессов в спинном мозге;
• предупреждение и лечение пролежней, свищей, остеомиелитов, контрактур, деформаций костно-суставного аппарата;
• устранение или уменьшение болевого синдрома;
• установление самостоятельных контролируемых актов мочеиспускания и дефекации;
• предупреждение и лечение осложнений со стороны мочевыделительной, дыхательной и сердечно-сосудистой систем;
• предупреждение и лечение атрофий и спастичности мышц;
• выработка способности к самостоятельному передвижению и самообслуживанию.

При финансовой поддержке компании ООО “ОЛМЕ” была создана система реабилитационная кинетическая, способствующая проведению в автоматическом режиме периодически создаваемого раздражения эфферентных и афферентных путей, замыкания рефлекторной дуги и, тем самым, включения в работу сегментарно-рефлекторного аппарата спинного мозга через один и тот же промежуток времени, с одной и той же силой, в одной и той же последовательности в круглосуточном режиме на протяжении всего времени нахождения пациента на реабилитации (сутки, недели, месяцы и годы) и позволяющая сохранить суставно-мышечный аппарат, периферическую нервную систему и сегментарный аппарат, тем самым позволяя говорить о новых подходах реабилитации .

Несмотря на отсутствии финансирования со стороны государства, сегодня компанией ООО “ОЛМЕ” заложены основы робототехники с информационными технологиями для реабилитации обездвиженных больных в течении длительного времени в домашних условиях в нашей стране. Данное направление развития реабилитации дает возможность значительно снизить смертность и инвалидизацию у этой категории больных, увеличить продолжительность жизни и в большинстве случаев через 4-5 лет вернуться к полноценной трудовой деятельности.

Список литературы:

1. Адо А.Д. Патологическая физиология./ А. Д. Адо, Л. М. Ишимова. - М., 1973. - 535 с.
2. Вагин А.А. Патофизиологическое обоснование применения метода постоянной длительной импульсной кинетикотерапии в лечении и реабилитации больных с последствиями спинальной травмы: дис. канд. мед. наук. – СПб., 2010.– 188 с.
3. Басакьян А.Г. Апоптоз при травматическом повреждении спинного мозга: перспективы фармакологической коррекции / А. Басакьян, А.В. Басков, Н.Н.. Соколов, И.А Борщенко.- Вопросы медицинской химии № 5, 2000. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.jabat.narod.ru/005/0145.htm. или http://medi.ru/pbmc/8800501.htm
4. Борщенко И. А. Некоторые аспекты патофизиологии травматического повреждения и регенерации спинного мозга. / И. А. Борщенко, А. В. Басков, А. Г. Коршунов, Ф. С. Сатанова // Журнал Вопросы нейрохирургии. - №2.- 2000. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://sci-rus.com/pathology/index.htm.
5. Викторов И. В. Современное состояние исследований регенерации центральной нервной системы in vitro и in vivo./ И. В. Викторов // Второй Всесоюзный симпозиум "Возбудимые клетки в культуре ткани". - Пущино, 1984. - С. 4-18.
6. Георгиева С. В.Гомеостаз, травматическая болезнь головного и спинного мозга. / С. В. Георгиева, И. Е. Бабиченко, Д. М. Пучиньян - Саратов, 1993 – 115 c
7. Гретен А. Г. Проблемные аспекты механизмов восстановительных процессов в мозге. / А. Г. Гретен. // Механизмы и коррекция восстановительных процессов мозга. - Горький, 1982. - С. 5 -11.
8. Aranda J.M. The problem-oriented medical records: Experiences in a community hospital. JAMA 229:549-551, 1974
9. Braunberg A.C. Smart Card"s Appeal Hastens Jump into Mainstream // Signal. 1995. - January. P.35-39.
10. Buchanan J.M. Automated Hospital Information Systems. // Mil. Med. - 1996. -Vol. 131,№ 12.-P.1510-1512.
11. ISO/IEC JTC1/SC 29 N1580, 1996-04-23. Expert from ISO Bulletin: Standards for Global Infrastracture Infrastructure, What is the GII? Medicine 2001: New Technologies, New Realities, New Communities //MedNet- 1996, August 4.-8 p.
12. Van Hentenryck K. Health Level Seven. Shedding light on HL7"s Version 2.3 Standard. // Healthc Inform. - 1997. - Vol. 14, № 3. - P.74.
13. Wilson I.H., Watters D. Use of personal computers in a teaching hospital in Zambia //Br. Med. F. - 1988. - vol. 296, N 6617. - P. 255-256.
14. Пузин М.Н., Кипарисова Е.С., Гюнтер Н.А., Кипарисов В.Б. Кафедра нервных болезней и нейростоматологии «Медбиоэкстрем», Клиническая больница «Медбиоэкстрем» №6, поликлиника №107 г. Москва
15. roboting.ru/tendency/727-obzor-pers
16. Нейротравматология: Справочник./ Под ред. А.Н. Коновалова, Л.Б. Лихтермана, А.А. Потапова.- Москва, 1994.- 356 с. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://sci-rus.com/reference_book/ref_00.htm
17. Окс С. Основы нейрофизиологии: пер. с англ./ С. Окс - М., Мир, 1969. - 448 с.
18. Ромоданов А.П., Некоторые проблемы травмы позвоночника и спинного мозга по данным зарубежной литературы./ А.П. Ромоданов, К.Э. Рудяк. // Вопр.нейрохирургии. - 1980. - № 1. - С.56 - 61
19. Шевелев И. Н. Восстановление функции спинного мозга: современные возможности и перспективы исследования./ И. Н. Шевелев, А. В. Басков, Д. Е. Яриков, И. А. Борщенко // Журнал Вопросы нейрохирургии - 2000. - № 3. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.sci-rus.com/pathology/regeneration.htm
20. Lockshin R.A. Nucleic acids in cell death. Cell agening and cell death./ R.A Lockshin, Z. Zakeri-Milovanovic./ Eds. I. Devis, and D.C. Sigl.. – 1984, Cambridge. - P. 243 - 245
21. Yong C., Arnold P.M., Zoubine M.N., Citron B.A., Watanabe I., Berman N.E., Festoff B.W. // J. Neurotrauma. – 1998 - № 15. – P. 459 - 472.

• Просмотров: 6900

• " onclick="window.open(this.href," win2 return false > Печать

Научная робототехника – дисциплина, которая предполагает изучение всех особенностей создания роботов. На занятиях учащиеся узнают теоретические основы, историю и законы роботов, особенности их использования в реальной жизни.

Впервые слово «робот» применено чешским драматургом К. Чапеком в 1921 году. Он говорил о рабах, созданных для выполнения желаний человека. Слово robota переводится с чешского как «принудительное рабство».

Практически за 100 лет развития научной робототехники произошли серьезные изменения. Роботы из мира фантастики стали реальностью. Специальные машины применяются практически во всех областях промышленности, добычи полезных ископаемых, медицины. Само же направление стало увлекательным инструментом для получения новых знаний в разных отраслях технических наук, проектирования. У учеников появляется возможность реализовать себя в качестве проектировщиков, техников и даже артистов.

Роботы в современном мире

Активно развивается медицинская робототехника. Многие представляют себе робота в качестве внимательного, всегда вежливого, не устающего врача. Однако сегодня многие ученые говорят о том, что заменить человека техника не может. Она помогает справиться с рутинными задачами, например:

Регистрацией обратившихся за помощью;
- работы с электронными картами;
- предоставление справок.

Роботосекретарей уже создано довольно много. Применяются они в самых разных сферах жизнедеятельности человека. В рамках медицинской робототехники появились и специальные машины, оснащенные специальными камерами для перевозки медикаментов и документов. Такие устройства могут отвечать на вопросы, сопровождать клиентов до нужного места.

Наглядным примером стал Omnicell M5000. Он позволяет оптимизировать работу с медикаментами в стационарах. Машина формирует наборы лекарств для каждого пациента на заранее заданный срок. Это значительно снижает риск возникновения ошибки из-за человеческого фактора. Робот может создать около 50 наборов в час. У обычного медицинского персонала за 60 минут получается сделать только 4 набора.

Использование роботов в промышленности

Активно используется сегодня робототехника в промышленности. Есть три основных типа:

1. Управляемые. Предполагают, что каждым действием управляет оператор.
2. Автоматические и полуавтоматические. Работают строго по заданной программе.
3. Автономные. Совершают последовательные действия без участия человека.

   К примерам можно отнести KUKA KR QUANTEC PA. Это один из самых продвинутых палетоукладчиков. Есть разновидность, которая может работать при очень низких температурах. Создан был специально для функционирования в больших морозильных камерах.

   Робототехника в промышленности представлена и многофункциональными устройствами. Например, Baxter имеет манипуляторы, которые способны выполнять все те же действия, что и рука человека. Интересным является тот факт, что машина может самостоятельно контролировать прилагаемые усилия.

   

   Stratasys Infinite-Build 3D Demonstrator – еще одна машина, которая является гибридом робота и 3D-принтера. Техника используется в авиационном и космическом производстве, поскольку может производить печать на горизонтальных и вертикальных поверхностях любого размера.

   Активно развивается робототехника в Японии. В этой стране были созданы сиделки RIBA и RIBA-II. Их главная задача заключается в переносе пациентов, которые не могут ходить самостоятельно. Машины помогают им садиться из кровати в кресло-коляску и наоборот. Роботы умеют наклоняться, а поверхность рук создана так, чтобы пациент чувствовал себя максимально комфортно.

   

   Интересным является изобретение ученых Техасского университета. Они наделили искусственный интеллект шизофренией. Для эксперимента применялся робот с нейронной сетью, повторяющей мозг человека. Машина не могла нормально запоминать, воспроизводить рассказы. В один момент он даже взял на себя ответственность за террористический акт.

   Были созданы специальные модели и для обычных людей. Например, робот-симулятор ребенка. Создан он был тоже в Японии. Такая машина может познакомить будущих родителей со всеми сложностями воспитания. Он умеет выражать эмоции, плакать, просить кушать и пр.

   Достижения в мире робототехники для школьников
   

   Сегодня кружок робототехники в школе можно найти во многих странах. Родители часто покупают различные устройства для привлечения интереса к науке. Это привело к тому, что на рынке появились игрушки, которые можно программировать на выполнение различных задач. Остановимся на самых интересных:

4. Sphero 2. и Ollie. Предназначены для детей от 8 лет. Игрушку-робота практически невозможно сломать. Она не боится воды, умеет плавать. Управляется со смартфона или планшета.
5. KIBO. Довольно простой по внешнему виду конструктор. Он позволяет научиться программировать. Работает следующим образом: сканирует отметки на деревянных кубиках. Каждая надпись обозначает определенное действие.
6. LEGO Education WeDo. Робот, которого можно создать самостоятельно. В комплекте есть все необходимое для полноценной работы. Можно докупать дополнительные элементы для расширения возможностей машины.

   Обычно на кружках робототехники в школе предлагают самостоятельно собрать свое первое управляемое устройство. Это не только вызывает восторг у большинства детей, но и дает возможность получить новые знания.

   Робототехника для детей в Солнечногорске
   

   Сегодня количество кружков, на которых можно получить новые знания в самых продвинутых областях, впечатляет. Робототехника в Солнечногорске, например, привлекает как детей дошкольного возраста, так и подростков. Возможно, именно за ними в будущем будет настоящий прорыв в мире роботов. Педагоги следят за всеми новинками, постоянно обучаются сами. Это позволяет им и детям идти в ногу со временем.

   Робототехника в Солнечногорске, как и в других городах, больше имеет познавательную направленность. На сегодняшний день главная задача – заинтересовать детей всех возрастов, научить их применять теоретические знания на практике.

   Робототехника для детей в Солнечногорске предполагает небольшие группы, возможность получения индивидуальных консультаций и применение в работе полноценных конструкторов. Дополнительно дети осваивают работу со светодиодами, 3D-моделированием, пайкой. Обучение начинается всегда с основ сборки. По мере освоения материала даются основы программирования, конструирование.

Сегодня исследовательские группы по всему миру пытаются нащупать концепцию использования роботов в медицине. Хотя правильнее, пожалуй, говорить «уже нащупали». Судя по количеству разработок и интересу всевозможных научных групп, можно утверждать о том, что магистральным направлением стало создание медицинских микророботов. Сюда же можно отнести и роботов с приставкой «нано-». Причём первые успехи в этой области были достигнуты сравнительно недавно, всего восемь лет назад.

В 2006 году группа исследователей под руководством Сильвана Мартеля впервые в мире провела успешный эксперимент, запустив крошечного робота размером с шарик от авторучки в сонную артерию живой свиньи. При этом робот перемещался по всем назначенным ему «путевым точкам». И за прошедшие с тех пор годы микроробототехника несколько продвинулась вперёд.

Одной из главных целей для инженеров сегодня является создание таких медицинских роботов, которые будут способны перемещаться не только по крупным артериям, но и по относительно узким кровеносным сосудам. Это позволило бы проводить сложные виды лечения без столь травматического хирургического вмешательства.

Но это далеко не единственное потенциальное преимущество микророботов. В первую очередь, они были бы полезны при лечении рака, целенаправленно доставляя лекарство прямо к злокачественному образованию. Ценность такой возможности сложно переоценить: при химиотерапии препараты подаются через капельницу, нанося сильнейший удар по всему организму. По сути, это сильный яд, который повреждает многие внутренние органы и, за компанию, саму опухоль. Это сравнимо с ковровой бомбардировкой ради уничтожения небольшой одиночной цели.

Задача создания подобных микророботов находится на стыке целого ряда научных дисциплин. Например, с точки зрения физики - как заставить столь малый объект самостоятельно двигаться в вязкой жидкости, которой для него является кровь? С точки зрения инженерии - как обеспечить робота энергией и как отслеживать перемещение по организму крохотного объекта? С точки зрения биологии - какие использовать материалы для изготовления роботов, чтобы они не наносили вреда организму человека? А в идеале, роботы должны быть биоразлагаемыми, чтобы не пришлось ещё решать проблему их вывода из организма.

Одним из примеров того, как микророботы могут «загрязнять» тело пациента, является «биоракета».

Этот вариант микроробота представляет собой титановое ядро, окружённое оболочкой из алюминия. Диаметр робота 20 мкм. Алюминий вступает в реакцию с водой, в ходе которой на поверхности оболочки формируются пузырьки водорода, которые толкают всю конструкцию. В воде такая «биоракета» проплывает за одну секунду расстояние, равное 150 своим диаметрам. Это можно сравнить с человеком двухметрового роста, который за секунду проплывает 300 метров, 12 бассейнов. Работает такой химический двигатель около 5 минут благодаря добавке галлия, уменьшающего интенсивность образования оксидной плёнки. То есть максимальный запас хода составляет около 900 мм в воде. Направление движению задаётся роботу внешним магнитным полем, а использовать его можно для точечной доставки лекарств. Но только после иссякания «заряда», в пациенте окажется россыпь микрошариков с алюминиевой оболочкой, который отнюдь не благотворно влияет на организм человека, в отличие от биологически нейтрального титана.

Микророботы должны быть так малы, что просто масштабировать до нужного размера традиционные технологии не получится. Никаких стандартных деталей подходящего размера тоже не производят. А даже если бы и производили, они бы просто не подошли для таких специфических нужд. И потому исследователи, как это уже много раз было в истории изобретений, ищут вдохновения у природы. Например, у тех же бактерий. На микро, и тем более наноуровне действуют совсем другие физические законы. В частности, вода является очень вязкой жидкость. Поэтому нужно применять другие инженерные решения для обеспечения движения микророботов. Бактерии эту задачу зачастую решают с помощью ресничек.

В начале этого года группа исследователей из Университета Торонто создала прототип микроробота длиной в 1 мм, управляемого внешним магнитным полем и оснащённого двумя захватами. Разработчикам удалось с его помощью построить мост. Также этот робот может использоваться не только для доставки лекарств, но и для механического восстановления тканей в кровеносной системе и органах.

Мускульные роботы

Ещё одно интересное направление в микроробототехнике - роботы, приводимые в движение мускулами. Например, есть такой проект: стимулируемая электричеством мышечная клетка, к которой прикреплён робот, чей «хребет» сделан из гидрогеля.

Эта система, по сути, копирует природное решение, встречающееся в организмах многих млекопитающих. Например, в теле человека сокращение мышц передаётся костям через сухожилия. В данном биороботе, когда клетка сокращается под действием электричества, то «хребет» сгибается и поперечные перекладины, выполняющие роль ног, притягиваются друг к другу. Если одна из них при сгибании «хребта» перемещается на меньшее расстояние, то робот движется по направлению к этой «ноге».

Есть и другое видение, какими должны быть медицинские микророботы: мягкими, повторяющими формы различных живых существ. Например, вот такая робо-пчела (RoboBee).

Правда, она предназначена не для медицинских целей, а для целого ряда других: опыления растений, поисково-спасательных операций, обнаружения ядовитых веществ. Авторы проекта, конечно, не копируют слепо анатомические особенности пчелы. Вместо этого они внимательно анализируют всевозможные «конструкции» организмов различных насекомых, адаптируя и воплощая их в механике.

Или другой пример использования имеющихся в природе «конструкций» - микроробот в виде двустворчатого моллюска. Движется он с помощью хлопанья «створок», создавая тем самым реактивную струю. При размере около 1 мм он может плавать внутри человеческого глазного яблока. Как и большинство других медицинских роботов, этот «моллюск» в качестве источника энергии использует внешнее магнитное поле. Но есть важное отличие - он лишь получает энергию для движения, само поле его не двигает, в отличие от большинства других видов микророботов.

Большие роботы

Конечно, одними лишь микророботами парк медицинской техники не ограничивается. В фантастических фильмах и книгах медицинские роботы обычно представляются в виде замены хирурга-человека. Мол, это некое крупное устройство, которое быстро и очень точно производится всевозможные хирургические манипуляции. И не удивительно, что эта идея была реализована одной из первых. Конечно, современные хирургические роботы не способны заменить человека целиком, но зашивание им уже вполне доверяют. Также они используются в качестве продолжения рук хирурга, как манипуляторы.

Однако в медицинской среде не утихают споры относительно целесообразности использования таких машин. Многие специалисты придерживаются мнения, что особых выгод такие роботы не дают , а благодаря своей высокой цене существенно увеличивают стоимость медицинских услуг. С другой стороны, есть исследование , согласно которому пациентам с раком простаты, подвергавшимся хирургической операции с роботом-ассистентом, в дальнейшем требуется менее интенсивное применение гормональных средств и радиотерапии. В общем, неудивительно, что усилия многих учёных оказались направлены на создание микророботов.

Интересным проектом является Робонавт (Robonaut), телемедицинский робот, предназначенный для оказания помощи космонавтам. Это пока экспериментальный проект, но такой подход может быть использован не только для оказания таким важным и дорогим в подготовке людям, как космонавты. Телемедицинские роботы могут быть использованы и для оказания помощи в различных труднодоступных районах. Конечно, это будет целесообразно только в том случае, если дешевле будет установить в лазарете какого-нибудь глухого таёжного или горного посёлка робота, чем держать фельдшера на зарплате.

А этот медицинский робот ещё более узкоспециализирован, он используется для лечения облысения. ARTAS занимается автоматическим «выкапыванием» волосяных фолликул из кожи головы пациента, основываясь на фотографиях высокого разрешения. Потом врач-человек вручную внедряет «урожай» в облысевшие участки.

Всё-таки мир медицинских роботов вовсе не так однообразен, как может показаться неискушённому человеку. Более того, он активно развивается, идёт накопление идей, результатов экспериментов, ищутся наиболее эффективные подходы. И кто знает, возможно, ещё при нашей жизни слово «хирург» будет означать врача не со скальпелем, а с баночкой микророботов, которых достаточно будет проглотить или внедрить через капельницу.

В мировую медицину активно интегрируются искусственный интеллект и сложные методы автоматизации из робототехники. Применение роботов поднимает здравоохранение на новый уровень, оптимизируя ход лечения, отслеживания динамики, проведения анализа и хирургических операций. Ниже представлена подборка из 10 любопытных медицинских роботов, выпущенных на сегодняшний день.

Робот-ассистент da Vinci

Производитель: компания Intuitive Surgical, США.

Головной офис компании Intuitive Surgical, Inc. расположен в городе Саннивейл, штат Калифорния. Считается мировым лидером в роботической малоинвазивной хирургии.

Краткая справка о роботе

Робот da Vinci разработан как вспомогательный инструмент для хирургов. Робот не запрограммирован под самостоятельное проведение операции, поскольку процедура и ход операции контролируются человеком дистанционно. Робот использует специальные инструменты, включая миниатюрные камеры для визуализации и стандартные инструменты (т.е. ножницы, скальпели и пинцеты), разработанные для точной диссекции при проведении полостных операций.

За 2016 год было проведено 750 000 операций с помощью da Vinci. С момента выпуска робота – 4 000 000. По состоянию на 31 декабря 2016 года в мире было установлено 3919 систем. В России – 26 систем во всех крупных городах. Создатели робота da Vinci нацелены на решение ряда проблем в хирургии. Во-первых, улучшенное качество изображения (в 3D), которое помогает хирургам и персоналу преодолеть ограничения невооруженного глаза при идентификации тканевых структур при операции. Во-вторых, внедрение интеллектуальных систем. Современные датчики, обеспечивающие одновременную обратную связь, упрощают выявление тканевых структур как источника осложнений и вариабельности.

Робот Preceyes

Производитель: компания Preceyes B.V., Голландия.

Головной офис компании Preceyes B.V. расположен в городе Эйндховен, провинция Северный Брабант. Целью компании считается развитие новых высокоточных методов терапии и облегчение способов проведения витреоретинальной хирургии.

Робот Preceyes разработан как деликатное роботизированное решение для помощи хирургам-офтальмологам при проведении операции. Робот не запрограммирован под самостоятельное проведение операции, поскольку процедура и ход операции контролируются человеком дистанционно – через сенсорный экран и джойстик. Компания Preceyes B.V. ставит еще одной своей целью повышение профессионализма хирургов, а не замену человека машиной.

Краткая справка о роботе

Первая операция с использованием робота Preceyes прошла в оксфордской клинике Джона Рэдклиффа в Великобритании в 2016 году. Создатели робота Preceyes нацелены на решение ряда проблем в хирургии:

• смягчение резких неосторожных движений хирурга, что помогает хирургу исключить повреждения внутренних органов;
• повышенная точность. Точность движений робота – 1 на 1000 долей миллиметра.

Робот Veebot

Производитель: стартап Veebot, США.

Информация о головном офисе отсутствует. Целью компании считается предоставление точного и непродолжительного забора крови у пациента с автоматизацией процесса и проведением инфузионной терапии.

Краткая справка о роботе

Робот Veebot пока проходит испытания и демонстрирует выбор места введения иглы в 83% случаев. Создатели машины заявляют о планах повысить результат до 90% перед проведением первых клинических испытаний. Для зажатия и улучшения визуализации вен робот оснащен рукавом. Также для улучшения видимости вен применяются инфракрасные и звуковые датчики, вид с камеры и четкий алгоритм для определения места, наклона и глубины введения иглы.

Робот SurgiBot

Производитель: компания TransEnterix, США.

Головной офис компании TransEnterix находится в городе Моррисвилль, штат Северная Каролина. Компания считается пионером в области применения робототехники для повышения качества малоинвазивной хирургии. Также компания нацелена на решение клинических и экономических сложностей при проведении лапароскопии.

Краткая справка о роботе

Роботизированная система SurgiBot TM разработана как малоинвазивная платформа с применением инструментов в ходе единичного рассечения. Применение гибких инструментов при операции контролируется хирургом из стерильного поля. Робот оснащен щупами, регулятором чувствительности управляющих ручек и камерой с фонариком, которая выводит изображение хода процесса на стандартный монитор.

Робот SurgiBot пока не доступен для покупки.

Робот Smart Tissue Autonomous Robot (STAR), США

Производитель: "Национальный детский медицинский центр" (Children"s National Medical Center), город Вашингтон, округ Колумбия. Ученые-разработчики нацелены на создание высокоточного робота для автономных операций на мягких тканях.

Краткая справка о роботе

Робот STAR основан на работе технологии NVIDIA GeForce GTX TITAN GPU с применением механической руки, с 3D-камерой, машинным зрением в ближнем диапазоне инфракрасных волн и биомаркерами для четкой ориентации в оперируемой полости.

Система Robodoc

Производитель: компания Curexo Technology Corporation, США.

Головной офис компании Curexo Technology Corporation расположен в городе Фремонт, штат Калифорния. Миссия компании заключается в повышении заботы о пациентах посредством работы над качеством и создания точных роботизированных платформ.

Краткая справка о роботе

На территории США, Европы, Японии, Кореи и Индии при помощи Robodoc было проведено 28000 операций по замене суставов.

Работа с роботом включает два этапа: планирование и составление плана перед операцией. В ходе первого этапа пациент проходит КТ-сканирование для получения и вывода изображения на 4 рабочих окна, составляющих один экран. После выбора и анализа точной анатомической структуры импланта из базы идет планирование операции с передачей информации на вспомогательный механизм ROBODOС Surgical Assistant. Робот оснащен фиксаторами и специальным регистратором DigiMatch, формирующим точное изображение картины костной ткани в пространстве.

Auris Robotic Endoscopy System (ARES)

Производитель: компания Auris Surgical Robotics, США.

Головной офис компании Auris Surgical Robotics расположен в Силиконовой долине. Компания нацелена на создание нового поколения хирургических роботов, способных расширить сферу применения специализированных платформ для проведения медицинских процедур.

Краткая справка о роботе

В конце 2014 года было проведено клиническое исследование с участием пациентов с подозрением развития рака. Типы хирургических операции проводятся за счет взаимозаменяемости механических рук робота с инструментами и гибкого эндоскопа. Среди инструментов отмечены лазеры, пинцеты, иглы и скальпели, при помощи которых хирург проведет биопсию, операцию по восстановлению слизистой желудка и иссечение опухолей. Робот не запрограммирован под самостоятельное проведение операции, поскольку процедура и ход операции контролируются человеком дистанционно через рабочую станцию на рабочем столе компьютера.

Роботизированная установка CorPath 200

Производитель: компания Corindus Vascular Robotics, США.

Головной офис компании Corindus Vascular Robotics расположен в городе Уолтем, штат Массачуссетс. Компания считается мировым лидером в области роботизированной сердечно-сосудистой хирургии.

Краткая справка о роботе

Роботизированная установка CorPath 200 предназначена для коронарной ангиопластики с расширением суженных или заблокированных артерий. Стандартное проведение операции допускает риск облучения из-за рентгена. Установка не запрограммирована под самостоятельное проведение операции, поскольку процедура и ход операции контролируются человеком дистанционно через джойстик. Удаленный контроль уточняет движение катетера и повышает безопасность пациента.

Магнитные микророботы

Производитель: Федеральная политехническая школа Лозанны (EPFL), Франция, и Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETHZ), Швейцария.

Краткая справка о роботе

Магнитные микророботы предназначены для точечной доставки лекарственных веществ в организм пациента. Структура микроробота имитирует тело червя Trypanosoma brucei, который передвигается при помощи регулярного сжатия придатка-жгутика. Использование биосовместимого гидрогеля и магнитных наночастиц делает микророботов безмоторными, гибкими и мягкими. Управление проходит через электромагнитное поле, которое преобразует магнитные наночастицы в крепления и инициируют движение микроробота.

Страна-производитель: компания Medtech S.A., Франция.

Головной офис компании Medtech расположен в городе Монпелье. Миссия компании заключается в создании отношений, инструментов и программ, нацеленных на внедрение передовых медицинских решений на рынок медицинских услуг.

Краткая справка о роботе

Робот Rosa разработан для результативности и безопасности хирургических операций по неврологии. Робот Rosa – единственный роботизированный механизм, который прошел одобрение на проведение неврологических операций на территории Европы, США и Канады. Механизм работает по принципу GPS для черепа в ходе краниальных операций, требующих хирургического планирования на основании предоперационной информации, точной анатомии пациента и управления инструментами. Робот Rosa включает нейронавигационную станцию и высокоточный манипулятор, которые повышают безопасность и скорость точных нейрохирургических операций.

Профессор Дмитрий Пушкарь говорит: "Роботизированная хирургия стала настоящим переворотом в медицине. Робот da Vinci изменил качество хирургии во всем мире".

Применение роботов в медицине аналогично революции, которая предвосхищает тесное взаимодействие человека и технологий. Благодаря автоматизации снижается роль человеческого фактора, приводящего к ошибкам врачей, а лечение становится доступнее.

Фото: roboticsbusinessreview.com

В начале 2018 года стало известно об использовании роботов в качестве медсестер. Проект анонсирован в больнице города Нагоя (Япония), в котором находится большой музей, посвященный робототехнике.

В феврале 2018 года в Университетской клинике Нагои (Nagoya University Hospital) запустит четырех роботов Toyota , которые станут помощниками медицинскому персоналу. В частности, на это автоматизированное оборудование возложат функции раздачи медикаментов больным в палатах, доставку анализов и т. п. Роботы смогут передвигаться как по этажу, так и между различными отделениями, которые располагаются на разных этажах.

Каждый робот имеет высоту 125 см, ширину 50 см и глубину 63 см. Максимальная скорость передвижения составляет 3,6 км/ч, максимальный вес перевозимого груза - 30 кг.

Как отмечает издание Engadget, по сути, роботы представляют собой портативные холодильники объемом 90 литров, которые оснащены радарами и камерами для передвижения по медицинскому учреждению. Роботы объезжают людей, а в случае столкновения приносят извинения и вежливо просят пройти. Работники клиники могут вызывать роботов к себе и назначать пункты следования при помощи планшетных компьютеров.

Роботы разработаны совместными усилиями специалистов Университетской клиники Нагои и подразделения Toyota Industries (производит автозапчасти и электронику). Пробный запуск устройств будет проходить в ночную смену - в период с 17:00 до 8:00, когда меньше людей ходят по этажам. В случае успешного тестирования роботы могут быть развернуты в других больницах.

Использование роботов в домах престарелых в Японии

В ноябре 2017 года стало известно о тестировании роботов в нескольких тысячах домов престарелых в Японии . Искусственный интеллект и механические ассистенты помогают персоналу ухаживать за людьми в возрасте и заменяют последним собеседников.

По прогнозам японского правительства, объем рынка роботов, заменяющих медицинских работников для ухода за больными, к 2020 году достигнет 54,3 млрд иен (около $480 млн), увеличившись втрое по сравнению с показателем 2015-го. Расходы здесь гораздо ниже по сравнению с роботами, применяемыми на предприятиях и в сфере услуг.

Одной из причин такого отставания спроса на автоматизированное оборудование, присматривающего за здоровьем людей, является дороговизна. Несмотря на достаточно высокий уровень жизни в Японии, далеко не все пенсионеры могут позволить себе покупку робота .

В Японии предусмотрены субсидии для разработчиков роботов. Дополнительные льготы предоставляются при поставках устройств в лечебно-реабилитационные центры для престарелых и инвалидов. Около 5 тыс. таких учреждений к ноябрю 2017 года задействуют роботов.

Они используются для общения с пациентами, проведения лечебной физкультуры, обхода больничных коридоров для мониторинга за экстренными ситуациями, а робот-пес Aibo от Sony вовсе заменяет домашнего питомца.

В домах престарелых все сильнее распространяются системы, помогающие медперсоналу ухаживать за пожилыми людьми: например, поднимать и перемещать парализованных по этажу.

Роботы еще не смогут полностью заменить людей в социальных учреждениях, однако позволяют персоналу сосредоточиться на общении и других задачах, требующих большего вовлечения, отдав бытовые дела на попечение гаджетов. Кроме того, как показало общенациональное исследование, примерно треть жителей Японии, пользующихся роботами, в итоге стали более активными и независимыми, отмечает издание The Economist.

Прогноз IDC по использованию роботов в медицине

К 2020 году больницы станут активнее использовать роботов. Планируется как клиническое применение, так и автоматизация с их помощью несложных задач, сообщает издание Healthcare IT News со ссылкой на проведенное в 2017 году исследование IDC .

Опрос IDC среди лечебных учреждений на 200 и более койко-мест позволил оценить планы внедрения роботов и дронов . Почти треть респондентов заявили, что уже используют у себя роботов. Такая практика станет обычным явлением для учреждений здравоохранения, как только в больницах и клиниках поймут, каким образом внедрение роботов способно помочь автоматизировать процессы, снизить издержки и улучшить качество оказания медицинских услуг. По оценкам IDC, повсеместное распространение роботов в больницах США произойдет в период от одного года до трех лет.

Интересно, что в отличие от роботов, которые уже успели проникнуть в сферу здравоохранения, беспилотные летательные аппараты (БПЛА) пока не используются лечебными учреждениями. Во всяком случае, такого опыта не оказалось ни у одной из больниц, участвовавших в опросе IDC.

Тем не менее, аналитики убеждены, что в следующие три-пять лет дроны также найдут применение в здравоохранении.

То, как беспилотники могут пригодиться для оказания медицинской помощи, в июне 2017 года стало известно из опыта шведских ученых. С помощью экспериментальных полетов БПЛА специалисты продемонстрировали, что дроны способны на 17 минут быстрее доставлять в нужную точку автоматический внешний дефибриллятор для помощи пациенту, нежели это происходит в случае с обычной машиной скорой помощи.