Материалы портала «Научная Россия»

Посчитать ощущения

Посчитать ощущения
В Институте человека МГУ научились описывать ощущения в цифрах и создали инструмент, заменяющий руку хирурга

В Институте человека МГУ научились описывать ощущения в цифрах и создали инструмент, заменяющий руку хирурга

Неразрешимую задачу ― придать субъективным тактильным ощущениям математическое описание ― решили в Институте человека Московского государственного университета. Разработать систему, которая могла бы описать и запомнить тактильные образы, и создать инструмент, заменяющий пальцы врача, пытаются ученые многих стран, но до сих пор никто в мире не умел выражать осязание в цифрах. В Московском государственном университете это делать научились. Здесь создали хирургический комплекс, способный воспринимать, математически анализировать, запоминать и воспроизводить  тактильные ощущения и интероперационно обнаруживать отклонения в плотностях человеческих органов.

«Устройство передачи и воспроизведения тактильного изображения состояния ткани при эндоскопическом обследовании» ― так называется новый прибор в патентах, которыми он уже защищен. Единый вариант более короткого, «бытового»  названия  инструмента еще не прижился. Прибор, способный показать хирургу изображение той части организма, куда не может попасть рука врача, компактен, прост в использовании, а для проникновения с его помощью в полость живота или грудной клетки достаточно прокола не более двух сантиметров. Беспроводной стальной зонд диаметром 20 миллиметров вводится в брюшную полость и с помощью радиопередатчика, укрепленного в ручке, передает информацию на монитор. В ручке расположена и аккумуляторная батарея, а на другом конце прибора находится многоканальный датчик давления.

- Аппарат позволяет определять объективные параметры, создавать цифровой портрет ткани, ― поясняет Михаил Соколов, заведующий лабораторией механорецепторной диагоностики Института человека МГУ им. М.В. Ломоносова. ― Ведь до сих пор не существовало никакой библиотеки тактильных ощущений, не было никакой объективной характеристики ощущений. Врач всегда сравнивает свои ощущения с чем-то известным, описывает их, но никакой цифры он сказать не может, это всегда какие-то очень субъективные относительные вещи. С помощью нашего аппарата мы начали создавать библиотеку ощущений.  И еще одна задача, которую реализовали математики в этом приборе, это распознавание образа и установление диагноза.

Для медиков прибор, который может заменить руку хурурга, переоценить невозможно. Пальпирование ― необходимый метод для любого врача, которому нужно определить распространенность патологического процесса, взаимоотношение опухоли с прилегающими органами, выявить тактильные свойства, характерные для конкретные заболевания. Не отпала эта потребность и с наступлением века лапароскопических операций, при которых оперативные вмешательства происходят без широкого рассечения кожных покровов и мышечных тканей ― через точечные проколы.

Задача, которая стояла перед учеными, оригинальна ― ничего подобного в медицинской робототехнике  еще не было. Ведь любой датчик может дать информацию об исследуемой поверхности, лишь сопоставив ее с соседним участком, как это происходит во время обычного пальпирования. Таким образом, механическая имитация ощущения должна также происходить во времени, то есть стать четырехмерной. Математические методы, с помощью которых эта задача могла бы быть решена, ранее использовались только в абстрактных исследованиях. Ученым предстояло решить, какой принцип использовать для датчика нового прибора. Выбранный вариант ― головка, на которой расположены 19 датчиков. Давление, передаваемое датчиками, измеряется, обрабатывается и переводится в изображение, которое хирург видит на мониторе. Плотность ткани помогает оценить цвет: зеленый ― поверхность однородная, красный ― есть уплотнения. Так прибор помогает определять границы опухоли и поставить диагноз, то есть перевести электрические сигналы в понятный для медиков формат. Причем делает это с высочайшей чувствительностью и скоростью ― до тысячи измерений в течение пяти секунд.

- Датчик нашего прибора ― аналог человеческого пальца, даже намного чувствительнее, чем палец, ― говорит Михаил Соколов. ―  Ничего подобного в мире еще не было, это один из самых сложных приборов, которые делаются сегодня в России.

Создать столь высокотехнологичный продукт медицинского назначения невозможно без специалистов из разных областей знаний (математиков, медиков, инженеров), без хорошей электроники, элементной базы и технологии по изготовлению. Над прибором работал большой междисциплинарный коллектив. Корпус изготовили в Туле, на оборонном заводе «Сплав» и объединении «Медтехника», электронную начинку ― в Зеленограде, в Технологическом центре МИЭТ. В лаборатории Института человека МГУ и на производстве работа шла параллельно, то есть этапы разработки и внедрения инновации совпали.

-  У нас нет ни одной разработки, работа над которой не велась бы параллельно в лаборатории и на заводе, ― поясняет Михаил Соколов. ― Мы минуем этап внедрения как таковой, потому что, по сути, внедряем прибор сразу, во время его создания. Пока специалисты нашей лаборатории умеют больше, чем инженеры завода, но мы учимся друг у друга и ставим задачу так, чтоб то, что мы здесь у себя разработали, смогли воспроизвести на производстве. Часто бывает: ученые изобретут что-нибудь, а как это воспроизвести на заводе, непонятно. Ну и кому это нужно?

Тактильный инструментальный комплекс полностью соответствует высочайшим требованиям ГОСТ, предъявляемым к медицинской технике. Между прибором и открытыми тканями есть прямой контакт, поэтому он должен быть стерилен и абсолютно безопасен. Прибор уже прошел весь цикл испытаний, необходимых для медицинских  приборов, и допущен к клиническим испытаниям, которые проводятся в целом ряде больниц. В 32-й московской клинике с использованием нового инструмента проводится уже до трех операций в день. А в 119-й клинической больнице Минздрава в ближайшее время аппарат будет опробирован на самых сложных эндоскопических операциях.

Закончить клинические испытания и начать массовое производство прибора планируется уже в этом году. Назвать точную стоимость инструмента разработчики пока затрудняются, но уверены, что она будет намного ниже, чем у его единственного конкурента ― ультразвукового аппарата. Оборудование для ультразвуковых исследований  не только достаточно громоздкое и связано с операционным полем проводами, но еще и стОит от ста до двухсот тысяч евро. Новая разработка будет как минимум в пять-десять раз дешевле. Да и в использовании она, по словам Михаила Соколова, проще привычного УЗИ:

- Это гораздо легче, чем работать с ультразвуком, потому что физиологически человек не обладает ультразвуковыми способностями, а тактильными обладает. Чего ж тут учиться?..

Далее  прибор  его ждет совершенствование и налаживание сети обслуживания. А в планах коллектива уже новые инструменты ―  не только для брюшной полости, но и для кардиохирургии, для работы в области грудной клетки, а также суставов. Современный технологический уровень развития вычислительной математики, механики, микроэлектроники, систем связи, медицины, позволяет создавать высокоточные робототехнические комплексы, способные работать в автономном режиме или в режиме дистанционного диалога. Кроме тактильного эндохорургического комплекса лаборатория профессора Соколова скоро предложит медикам робототехнический комплекс, отчасти заменяющую медицинскую сестру (способный в частности, собирать данные о состоянии больного, анализировать их, делать инъекции), и систему дистанционного наблюдения за беременной женщиной. Кроме того, специалисты МГУ будут разрабатывать тактильные элементы для роботокомплекса Да Винчи  ― единственного в мире комплекса-робота, который позволяет хирургу оперировать дистанционно, но пока не умеет осязать. Для этого ученые из Института человека МГУ совместно с коллегами из токийского университета Сока основали российско-японского инновационного центр, где планируют вместе продолжить разработку инновационной медицинской техники. 

мгу медицина разработка

Назад

Социальные сети

Комментарии

Авторизуйтесь, чтобы оставить комментарий