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

Источник: surgrob.blogspot.com

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

Источник: pinterest.com

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

Источник: kuka.com

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

Источник: nytimes.com

Именно с них началась история роботов в медицине. Сегодня они становятся все более точными и универсальными. К примеру, робот легкой конструкции KUKA LBR Med оснащен сенсорной системой распознавания, что гарантирует безопасную работу девайса с человеком, простым контролем управления, специальным покрытием, которое соответствует самым высоким требованиям гигиены и стерильности. Этот робот - ценный медицинский помощник, которого можно задействовать в проведении эндоскопиии и биопсии, лазерного рассечения костей или введения транспедикулярных винтов.

Диагностические роботы

Источник: siemens-healthineers.com

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.

Источник: kuka.com

Терапевтические роботы

Источник: roboticsbusinessreview.com

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.

В этом году был опубликован патент немецкой компании KUKA на изобретение робота для иппотерапии. Устройство включает в себя седло с сенсорными датчиками, программируемое управление движением и устройство автоматического перемещения седла в соответствии с заданной траекторией движения. Иными словами, это робот, который имитирует движения лошади с одним большим преимуществом - абсолютная безопасность.

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

Источник: amitahealth.org

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

Источник: medmonks.com

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

Источник: inventekengineering.com

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.

Источник: healthcarepackaging.com

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

Источник: www.kickstarter.com

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

Источник: blog.universal-robots.com

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

Источник: twitter.com/universal_robot

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

Источник: futurism.com

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.

Принтер EnvisionTEC Bioplotter - лучший 3D-принтер для применения в медицинских целях. Только в США принтер использовался лабораториями в более чем 150 научных исследованиях. Его уникальная способность - печатать, используя любой биосовместимый материал и объединять несколько материалов для создания целого предмета.

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.

Источник: blogs.autodesk.com

3D-печать уже смогла добиться успеха в излечении “разбитых сердец”. Принтер EnvisionTEC был использован для создания створок аортального клапана сердца.

Источник: 3hti.com

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

Источник: habr.com

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.

Примерная сумма запуска самостоятельного производства кап - от 500 000 руб.

Учитывая, что себестоимость одной пары кап для врача составляет около $5 (300 руб), а стоимость такого лечения для пациента 80 000- 300 000 руб., можно сделать вывод, что такие вложения должны окупиться после обслуживания первых 5-7 клиентов.

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: