Главная Энцефалопатия Пять направлений использования роботов в медицине. Медицинские роботы Медицинские микророботы

Пять направлений использования роботов в медицине. Медицинские роботы Медицинские микророботы

Казанский Государственный

Технологический Университет

Реферат на тему:

Робототехника в медицине

Выполнил студент группы

Нигматуллин А.Р.

Казань 2010.

Вступление

1. Виды медицинских роботов

Заключение

Вступление

В эпоху бурного развития науки и техники появляется множество различных нововведений в самых различных областях. Прилавки супермаркетов заполняются экзотической пищей, в торговых комплексах появляются одежды из новейших материалов, а в гипермаркетах электроники и того дальше, невозможно угнаться за развитием новых изобретений. Все привычное старое стремительно сменяется на необыкновенное, новое, к которому так не просто привыкнуть. Но если бы не было прогресса, то люди не познали бы множества загадок, которые еще не раскрыты, и природа тщательно скрывает их от нас. Несмотря на все это, благодарю высокой профессиональности современных ученых физиков, безостановочно ведутся разработки в различных сферах. Простой человек вряд ли озадачивался вопросом что же нового можно внести в этот и без того безгранично цивилизованный и прогрессивный мир. Для примера можно рассмотреть наш мир, каким он был даже одну сотню лет назад. Не было не телевизоров, не компьютеров, не бытовой техник, без которой современному человеку в быту просто не обойтисьли даже 10 лет назад, когда сотовые телефоны только –только вышли в свет и были громоздкими и очень малофункциональными, что касается и компьютерной техники. Наука движет мир вперед, и в любых областях жизнедеятельности человека нужны какие – либо нововведения. В данном пример хотелось бы выбрать как определенный аспект – область медицины, а точнее ее технического потенциала. Медицина так же не стоит на месте, появляются новее сложнейшие аппараты, для жизнеобеспечения человека, примером тому могут стать множество аппаратов, например аппарат для искусственной вентиляции легких, либо аппарат искусственной почки и т.п. Появились миниатюрные измерители сахара в крови, электронные измерители пульса и давления, этот список можно дополнить неоднократно. Конкретнее хочется остановиться на примере внедрения робототехники в медицинскую отрасль. Различные роботы создаются человеком примерно с конца 20 –ого века, за пройденное время они были значительно улучшены и модернизированы. На данный момент существуют роботы – помощники, военные разработки роботов, космические, бытовые и конечно медицинские. Далее стоит подробнее разобрать какие виды роботов и для какого применения существуют на данный момент времени.

Виды медицинских роботов

Один из наиболее известных и прославленных достижений последнего времени стал робот по названием «Да Винчи», который, как можно догадаться был назван в честь великого инженера, художника и ученого Леонардо Да Винчи. Новинка позволяет хирургам выполнять самые сложные операции, не касаясь пациента и с минимальным повреждением его тканей. Робот, который может применяться в кардиологии, гинекологии, урологии и общей хирургии, был продемонстрирован медицинским центром и отделением хирургии университета штата Аризона.

Во время операции с “да Винчи” хирург находится за пару метров от операционного стола за компьютером, на мониторе которого представлено трехмерное изображение оперируемого органа. Врач управляет тонкими хирургическими инструментами, проникающими в тело пациента сквозь небольшие отверстия. Такие инструменты с дистанционным управлением можно использовать для точных операций на небольших и труднодоступных участках тела.

Доказательством необычайных возможностей “да Винчи” стал первый в мире полностью эндоскопический байпас, выполненный совсем недавно в Колумбийском Пресвитерианском медицинском центре в Нью-Йорке. Уникальную операцию провели директор центра по роботизированной кардиохирургии Майкл Аргензиано, и заведующий отделом кардиоторакальной хирургии доктор Крейг Смит. При этом они использовали всего лишь три небольших отверстия - два для манипуляторов и одно - для видеокамеры. Понять, что это значит, может только человек, хоть раз наблюдавший “традиционную” операцию на открытом сердце.

Действия бригады, “открывающей” грудную клетку пациента, производят на новичка (по журналистскому заданию мне как-то пришлось побывать в этой роли) неизгладимое впечатление. До сих пор помню мурашки по всему телу от жуткого визга разрезающей грудину дисковой пилы и огромную рану, в которой деловито сновали руки в окровавленных резиновых перчатках.

В Соединенных Штатахбайпасили аортокоронарное шунтирование является самой распространенной операцией на открытом сердце. Ежегодно эту процедуру проходят здесь 375 тысяч человек. Широкое внедрение “да Винчи” могло бы значительно облегчить их судьбу, помогая пациентам быстрее поправляться после операции и раньше выписываться из госпиталей.

Главный хирург аризонского центра, где испытывают “да Винчи”, доктор Алан Гамильтон вообще уверен в том, что роботостроение произведет революцию в хирургии. Пока что эта революция только начинается, а вот в... кино “да Винчи” уже произвел изрядный фурор. Хирургический робот сыграл роль в последнем кинофильме сериала о Джеймсе Бонде “Умри в другой день” (Die Another Day).

В начале фильма крупным планом показываются три механические руки, шарящие по телу захваченного врагами агента 007. “Хирурги и шпионы похожи друг на друга, поскольку они стремятся выполнить свои задачи без излишней суеты и с использованием новейших технологий, - сказал представитель лондонского Имперского колледжа, где трудится сейчас “да Винчи”. - Фильмы о Джеймсе Бонде всегда восхищали меня демонстрацией невиданных технических новинок. Но я никогда не думал, что когда-нибудь отдел, который я возглавляю, будет сотрудничать с производителями бондианы”.

“Да Винчи” - лишь один из примеров развития новой отрасли в медицине.

Другие роботы применяются в самых различных операциях, вплоть до хирургии головного мозга. Пока что эти устройства достаточно громоздки, но врачи надеются на появление и миниатюрных помощников. Прошлым летом, например, отдел энергетики американской Национальной лаборатории Sandia в Альбукерке уже построил самый маленький в мире робот высотой в один сантиметр. А британская корпорация Nanotechnology Development разрабатывает крошку Fractal Surgeon, который будет самостоятельно собираться из еще меньших блоков внутри человеческого тела, проводить там необходимые действия и саморазбираться.

Теперь же робота оснастили самыми продвинутыми "глазами" в мире(о чём свидетельствуетпресс-релизкомпании). Трёхмерное зрение было у него и раньше, а вот высокой чёткости добились только сейчас.

Новая версия позволяет следить за операцией сразу двум хирургам.Один из них может как ассистировать, так и учиться мастерству у старших коллег. На рабочем дисплее может быть отображена не только картинка с камер, но и два дополнительных параметра, например данные ультразвука и ЭКГ.

Многорукий da Vinci позволяет оперировать с большой точностью, а значит, и с минимальным вмешательством в организм пациента. В результате восстановление после операции происходит быстрее, чем обычно (фото 2009 Intuitive Surgical)

Еще одна интересная новость. Сотрудники Университета Вандербильта (США) выступили с концепцией новой автоматической когнитивной системы TriageBot. Машины будут собирать медицинскую информацию, осуществлять основные диагностические измерения и в конечном итоге ставить предварительные диагнозы, пока люди занимаются более неотложными проблемами. В результате пациенты будут меньше ждать, а специалисты вздохнут свободнее и существенно снизят количество ошибок.«Последние достижения в области дизайна гуманоидных роботов, сенсорных технологий и архитектуры когнитивного контроля сделали такую систему возможной», - подчёркивает соавтор проекта Митч Уилкс.В США около 40% пациентов отделений экстренной помощи поступают туда в состоянии, опасном для жизни. Врачам приходится уделять им первоочередное внимание. Роботы могли бы заняться остальными 60%.Если проект окажется успешным, через пять лет возле стойки регистрации появятся электронные терминалы, подобные тем, что установлены в аэропортах, а также специальные «умные» стулья и мобильные роботы.При поступлении пациент должен прежде всего зарегистрироваться. В предлагаемой системе сопровождающее лицо сможет внести все необходимые данные через терминал с сенсорным экраном. Возможны голосовые подсказки. При этом автомат сможет распознавать наличие критической информации (например, острая боль в груди) и информировать о ней врача, чтобы пациентом занялись как можно скорее. В противном случае больного направят в зал ожидания.План более подробной диагностики пациента разрабатывается в соответствии с этими первоначальными сведениями. В предлагаемой системе простейшие процедуры можно проделать уже в приёмной, на специальном стуле, который измерит кровяное давление, пульс, насыщение крови кислородом, частоту дыхания, высоту и вес.Кроме того, мобильные помощники будут периодически проверять состояние пациентов в зале ожидания, уделяя особое внимание артериальному давлению, частоте пульса и, возможно, интенсивности болевых ощущений. В случае обнаружения критических изменений робот обязан проинформировать человеческий персонал.Последний элемент системы TriageBot - это администратор, который следит за машинами, обеспечивает связь с больничной базой данных и служит посредником между автоматикой и медиками.Планируется провести ряд исследований, в ходе которых будет определён точный набор функций роботов и их внешний вид. Параллельно разрабатываются прототипы.

Для более точных и удобных расчетов ученые создали чудного робота –фармацевта. Электронно-механическое чудо, работающее в большом подвале Пресвитерианской больницы в городе Альбукерке, штат Нью-Мексико, зовут Рози. “Родитель” этого мощного механического агрегата, перемещающегося по четырехметровому рельсу в темной застекленной комнате, - новое подразделение корпорации Intel - Intel Community Solutions, использующее достижения фирмы для решения социальных задач.

Задача Рози, - приготовление и распределение лекарств сотен наименований. Работает он круглосуточно, практически не делает перерывов и при этом совершенно не ошибается. За два с половиной года службы в больничной аптеке не было ни одного случая, когда бы пациенту отправили не то лекарство. Коэффициент точности работы Рози - 99,7 процентов, а это значит, что сортировка и дозировка прописанных препаратов никогда не отличается от тех, что указаны в рецептах врачей.

Более того, Рози помог своевременно обнаружить множество ошибок. Рози никогда не отправит больному лекарство с истекшим сроком годности. Залогом его точности являются заложенные в электронный мозг машины государственные стандарты контроля качества. Между тем, согласно данным Национального института здоровья в Вашингтоне из-за ошибок с лекарствами в стране ежегодно умирают около 50 тысяч человек. Но приготовление и распределение лекарств - не единственная проблема, которую в Пресвитерианской больнице решили с помощью Рози. До его появления было очень сложно следить за отпуском наркотических средств: сотрудники тратили уйму времени, пересчитывая таблетки, чтобы ни одна из них не осталась неучтенной. Сегодня от этой рутинной работы их освободил робот Рози.

Но и это еще не все. Механической “рукой” скользящий по рельсу Рози собирает висящие вдоль стен маленькие пакетики с таблетками, на каждый из которых нанесен уникальный бар-код. Затем он вкладывает их в герметические конверты и отправляет пациентам.

На свет так же появились два робота помощника – это робот нянька, который ухаживает за больными людьми, в частности страдающими от болезни Альцгеймера, и робот физиотерапевт, позволяющий быстрее адаптироваться людям перенесшим инсульт.

Недавно американские пациенты с болезнью Альцгеймера получили помощника, который облегчает им общение с врачами и родственниками. Оборудованный камерой, экраном и всем необходимым для беспроводной связи через Интернет, робот Companion позволяет врачу контактировать с пациентом, который находится в специализированной клинике. Робот также используется для обучения персонала, помощи пациентам, имеющим проблемы с передвижением, общения пациентов с детьми. Как ни странно, пациенты, обычно неохотно принимающие все новое, отнеслись к механическому собеседнику совсем неплохо: показывали на него, смеялись, даже пытались заговаривать с ним.

По мнению исполнительного директора создавшей машину компании InTouch Health Юлина Ванга, применение роботов при уходе за престарелыми людьми может снять остроту проблемы старения нации. В условиях, когда уже к 2010 году число пенсионеров в стране возрастет до 40, а к 2030 - до 70 миллионов, это очень важно. Пока же фирма собирается сдавать своих роботов в аренду домам престарелых. В будущем компания планирует создание роботов, которые смогут приводить в движение инвалидную коляску.

Настоящий шаг в будущее сделали инженеры из Массачусетского технологического института, заменившие врача-физиотерапевта роботом. Как известно, люди, перенесшие инсульт, надолго забывают о своей привычной жизни. В течение многих месяцев и даже лет они вновь учатся ходить, держать ложку в руках, совершать те обыденные действия, о которых раньше даже не задумывались. Теперь им могут помочь не только врачи, но и роботы.

Речь идет о сеансах физиотерапии, необходимых для восстановления координации движений рук. Сейчас пациенты обычно занимаются с врачами, которые показывают им соответствующие упражнения. В отделения реабилитации Бостонского городского госпиталя, где проводятся испытания новой установки, выздоравливающему от инсульта предлагается с помощью джойстика перемещать на экране по заданной траектории небольшой курсор. Если же человек не может этого сделать, управляемый компьютером джойстик с помощью встроенных электромоторов сам переместит его руку в необходимое положение.

Врачи остались довольны работой новинки. В отличие от человека, робот может совершать одни и те же движения тысячи раз в день и при этом не уставать. Что касается самих врачей, то им не стоит бояться безработицы: просто вместо того, чтобы часами сидеть с больными, они смогут разрабатывать новые, более эффективные программы тренировок.

Так как медицина является довольно обширной областью науки, не обошлось здесь и без вмешательства современных нанотехнологий. Вот что можно отметить в этом разделе.

Беспорядочно мельтешащие под микроскопомбактериивнезапно замирают на месте. Затем, будто сговорившись, начинают выстраиваться в ровную линию. Микробы за считаные секунды занимают свои места в колонне, и тут в движение приходит весь строй -бактериикак по команде синхронно поворачиваются налево.

Движениями микробов действительно управляют. Этим занимается сидящий за пультом ученый - профессор Политехнической школы Монреаля Сильван Мартель. Созданная канадским ученым установка контролирует перемещениебактерийс помощью магнитного поля с точностью до тысячных долей миллиметра. Недавно исследователь показал свой прибор в действии. 5000бактерийсогласованно передвигали в капле воды микроскопические полимерные блоки и сложили из них миниатюрное строение.

Это только начало испытаний. В ближайшем будущем такую «рабочую силу» можно будет применить с большей пользой - в медицине. Уже много лет в лабораториях по всему миру пытаются создатьМИКРОРОБОТОВ, которые смогли бы выполнять различные операции внутри организма пациентов. Дальше простейшихпрототипову инженеров дело пока не пошло. Теперь ученые получили возможность пойти обходным путем - на смену сложным и неэффективным устройствам приходят микроорганизмы.

Возведенноебактериямистроение можно разглядеть только под микроскопом. Оно напоминает египетскую пирамиду. Сходство не случайно. «Пирамиды - один из первых шагов человека к созданию действительно сложных конструкций, - рассказывает Сильван Мартель. - Мы подумали, что будет символично, если микроорганизмы выполнят именно такое задание». Настоящие пирамиды сооружали многие годы.Бактерииуправились с моделью за 15 минут. Это, несмотря на то, что строительные блоки были куда крупнее самих «рабочих».

Микроорганизмы работали сообща. Под микроскопом 5000бактерийвыглядели как сплошное темное облако. Вот этот рой нависает над одним из «кирпичей». В следующую секунду микробы начинают медленно, но верно толкать блок на заданное в чертеже место. «Мы пока только обкатываемтехнологию, - говорит Мартель. - В принципе, все то же самое можно делать значительно быстрее».

Секрет успеха - в выдающихся способностях этих микроорганизмов. Канадские ученые используют в работебактерииMagnetospirillum magnetotacticum. «Оказалось, это настоящие рекордсмены, - объясняет Мартель. - Они движутся на порядок быстрее другихбактерий». Кроме того, эти микроорганизмы чувствительны к магнитным полям - они в больших количествах накапливают в себе соединения железа. Ученые пока не очень хорошо понимают, зачем это нужно самим микробам. Зато теперь понятно, как такую особенность может использовать человек. С помощью магнитного поля Мартель заставляетбактерииразворачиваться в нужную сторону. Дальше они двигаются самостоятельно - у них есть специальные жгутики, работающие, как гребные винты кораблей.

Они могут перемещаться не только в капле воды под микроскопом. Канадский ученый ввелбактериив кровь лабораторных крыс и с помощью магнитного поля заставил микробов маневрировать в сосудах. Оказалось, бактерии способны двигаться даже против течения. Правда, преодолевать поток им удавалось только в небольших капиллярах, где кровь циркулировала медленно. В крупных артериях «пловцов» безнадежно сносило - скорость жидкости там достигала нескольких десятков сантиметров в секунду. Размножаться в крови эти микробы не способны, поэтому на здоровье грызунов их присутствие не повлияло. Микроорганизмы некоторое время двигались по сосудам, а затем погибли.

Эффективности бактериальных двигателей позавидует любой инженер. «Главная проблема, о которую разбиваются попытки создать медицинскихМИКРОРОБОТОВ, - их габариты, - рассуждает Владимир Лобаскин, физик из Университетского колледжа Дублина. - Требования к размеру этих устройств таковы, что для них очень непросто создать достаточно мощный мотор». Сам Лобаскин занимается теоретическими расчетами эффективности как раз таких вот микроскопических двигателей. «Технические характеристики»бактерийМартеля произвели на физика большое впечатление: «Это практически готовая система для решения медицинских задач».

Похоже, разработчикам настоящихМИКРОРОБОТОВна это действительно нечем ответить. Один из самых последнихпрототиповбыл создан несколько лет назад в швейцарском Институтеробототехникии интеллектуальных систем. Он представляет собой крошечную металлическую спираль, которую можно разглядеть только под очень мощным микроскопом. Попав в переменное магнитное поле, она начинает вращаться и работать, как пропеллер. Направлением движения этого устройства тоже можно управлять с помощью магнитов.

Со временем разработчики рассчитывают использовать его для доставки лекарств в различные ткани человеческого организма. Пока получается не очень хорошо. Эти изделия примерно в десять раз медленнее «живыхроботов», с которыми работают в Канаде. О маневрах в кровеносных сосудах говорить даже не приходится. В этом нет ничего удивительного, уверен Мартель. За миллионы лет эволюция хорошо поработала надбактериями. Быстро создать такое же совершенное искусственное устройство будет очень непросто.

Именно поэтомубиотехнологииз корейского Национального университета Чуннам попробовали совместить в своей работе два противоположных подхода. Созданный имипрототипмедицинскогоМИКРОРОБОТАпостроен из синтетического полимера и клеток сердечной мышцы человека - кардиомиоцитов. Клетки натянуты на гибкий пластиковый каркас на специальных ножках. Сокращаясь, клетки приводят в движение всю конструкцию, и устройство начинает перебирать ногами. Разработчики предполагают, что в будущем подобныероботысмогут путешествовать по кровеносным сосудам человека, цепляясь за стенки. Функционировать такие изделия смогут очень долго - «клеточный двигатель» использует в качестве топлива растворенную в крови глюкозу.

«Всего несколько лет назад разговоры ороботах, доставляющих лекарства в определенные точки организма, казались фантазиями, - говорит Алексей Снежко, физик из Аргоннской национальной лаборатории (США). - Теперь понятно, что в самое ближайшее время их начнут испытывать на людях».

Как это будет выглядеть, понятно уже сейчас. В одном из последних опытов Сильван Мартель и его коллеги ввелибактериив организм больной раком крысы. А затем поместили ее в медицинский томограф. Эти приборы используют сильные магнитные поля для построения трехмерных карт организма пациента. После небольшой переделки установка превратилась в командный пункт для микробов. С ее помощью ученые провелибактериипо кровеносной системе грызуна прямо в район опухоли. Микроорганизмы доставили к пораженной области учебный груз - флуоресцирующее вещество. Вскоре Мартель планирует повторить эксперимент. На этот раз бактерии будут нести противоопухолевый препарат.

Так же нанотехнологи продемонстрировали довольно впечатляющие образцы электронной кожи. Электронная кожа впервые ощутила прикосновения бабочки

Решётка из тончайших полупроводниковых нитей, совмещённая с электродами и меняющей в ответна давление проводимость резиной типа PSR (вверху) превращена калифорнийскимиумельцами в "лоскут кожи" (внизу)(иллюстрации Kuniharu Takei et al./Nature Materials).

На этом рисунке кожи робота каждый чёрный квадратик соответствует одному "пикселю", элементарной точке, отвечающей за осязание (иллюстрация Ali Javey and Kuniharu Takei, UC Berkeley).Чувствительность кожи авторы рекламируют красочной фантазией: робот с такимманипулятором смог бы запросто обращаться с куриным яйцом, не уронив его и не раздавив (иллюстрация Ali Javey, Kuniharu Takei/UC Berkeley).

Ещё одна иллюстрация чувствительности стэнфордского сенсора: он регистрирует прикосновения перуанской бабочкиChorinea faunus(фото L.A. Cicero/Stanford University).

Уже немало копий сломано вокруг проблемы создания робототехнического аналога самого крупного органа человека. Главный вопрос – как воспроизвести невероятную чувствительность кожного покрова, который может ощутить дуновение ветерка от пролетевшего насекомого? Недавно две исследовательские группы из Калифорнии одновременно объявили о своих впечатляющих ответах.

Первая команда, из Калифорнийского университета в Беркли, выбрала в качестве ключевого элемента для своей искусственной кожи нанопроводки. Как сообщают учёные впресс-релизе, они вырастили крошечные германиевые и кремниевые нити на специальном барабане, а затем прокатили этим валиком по подложке – клейкойполиимиднойплёнке.

В итоге учёные получили эластичный материал, в структуру которого были включены нанопроводки, играющие роль транзисторов.

Поверх них исследователи нанесли изолирующий слой с периодическим рисунком из тонких отверстий, а ещё выше – чувствительную к прикосновению резину (PSR).Между резиной и нанопроводками при помощи фотолитографии навели проводящие мостики (для этого и понадобились отверстия в слое изолятора) и, наконец, сдобрили бутерброд тонкой алюминиевой плёнкой – финальным электродом. (Подробности авторы системы представили встатьев Nature Materials).Такой эластичный набор способен определять и точно локализовать участки, к которым прикладывается давление.Имя эта кожа получила банальное и предсказуемое - e-skin. Новая технология позволяет использовать в качестве подложки множество материалов, от пластика до резины, а также включать в её состав молекулы различных веществ, например, антибиотиков (что может оказаться весьма важным).На опытном куске e-skin размером 7 х 7 сантиметров уместилась матрица 19 х 18 пикселей. В каждом из которых содержались сотни наноштырей. Такая система оказалась способна регистрировать давление от 0 до 15 килопаскалей.Примерно такие уровни нагрузки испытывает человеческая кожа при печатании на клавиатуре или удерживании на весу небольшого объекта.

Али Джавей (Ali Javey), глава проекта e-skin в Беркли(фото UC Berkeley)

Учёные указывают на вполне определённое преимущество своей разработки перед аналогами. Большинство проектов такого рода полагается на гибкие органические материалы, которым для работы требуется высокое напряжение.

Синтетическая кожа из Беркли - первая, изготовленная на основе монокристаллических неорганических полупроводников. Она функционирует при напряжении всего в 5 вольт. Но что ещё интереснее - опыт показал, что e-skin выдерживает до 2000 изгибаний с радиусом 2,5 миллиметра без потери чувствительности.

В качестве очевидной области применения в будущем такой кожи можно предположить чувствительные манипуляторы,способные оперироватьхрупкими предметами.

Сверхаккуратную кибернетическую руку можно дополнительно оснастить датчиками тепла, радиоактивности, химических веществ, покрыть тонким слоем лекарств и использовать на "пальцах" роботов-хирургов или спасателей.

В последнем случае (при работе роботов с людьми) очень важным с точки зрения безопасности окажется тот факт, что электронная кожа из Беркли, как и человеческая, ощущает прикосновение почти мгновенно (в течение миллисекунд). В теории она может полностью покрывать манипулятор робота или даже всю машину.

Вверху: профессор Чжэнань Бао (Zhenan Bao) – лидер стэнфордского проекта.Внизу: такая простая полимерная плёнка с алюминиевыми проводниками послужила отправной точкой в построении новой кожи(фото L.A. Cicero/Stanford University, Stefan C. B. Mannsfeld et al./Nature Materials).

Вторая разработка, родом из Стэнфордского университета, использует другой подход. Как сообщают учёные впресс-релизе, они поместили между двумя электродами слой высокоэластичной формованной резины.

Такая плёнка накапливает электрические заряды подобно конденсатору. Давление сжимает резину – а это, в свою очередь, изменяет число электрических зарядов, которые способен хранить сандвич, что и определяет электроника благодаря набору электродов.

Описанный процесс позволяет обнаружить легчайшее прикосновение, что учёные доказали на опыте. Они использовали в качестве "тестера" мух.В ходе эксперимента квадратная матрица со стороной в семь сантиметров и в миллиметр толщиной чувствовала посадку насекомых, весящих всего 20 миллиграммов, и реагировала на их касания с высокой скоростью.

Под микроскопом матрица похожа на поле, усеянное остроконечными пирамидками. В таком материале пирамидок этих может быть от сотен тысяч до 25 миллионов на квадратный сантиметр, в зависимости от требуемого пространственного разрешения.

Такой приём (вместо применения сплошного слоя резины) был необходим, поскольку монолитный материал, как выяснилось, терял свои свойства при сдавливании – точность регистрации зарядов падала. А свободное пространство вокруг микроскопических пирамид позволяет им легко деформироваться и восстанавливать исходную форму после снятия нагрузки.

Гибкость и прочность стэнфордской электронной кожи оказались очень высоки. Её нельзя растягивать, но вполне можно сгибать, обернув ею, например, руку робота.

А потому в качестве сфер приложения своей разработки учёные видят опять же хирургических роботов. Но не только. Искусственная кожа могла бы стать основой электронных бинтов, - рассуждают американские исследователи, - способных подавать сигнал при слишком слабом или опасно сильном затягивании. А ещё подобные сенсоры могли бы точно фиксировать степень сжатия руками рулевого колеса, вовремя предупреждая водителя, что он засыпает.

Обе команды утверждают, что ещё продолжат развивать данное направление экспериментов. Так что роботы будущего, по всей видимости, всё же получат кожу, приближённую по возможностям к человеческой. И пусть внешне она будет заметно отличаться от нашей – её чувствительность придаст новый смысл понятию робот-андроид.

Сенсационное заявление дала компания по производству видеокарт для компьютеров. Не успели написать о первой хирургической операции, проведенной исключительно «руками» роботов, как NVIDIA приготовила другую «бомбу» из мира медицины. На калифорнийской конференции GTC 2010 производитель графических чипов озвучил весьма смелую идею – проводить операцию на сердце… без остановки сердца и вскрытия грудной клетки!

Робот-хирург будет производить операцию с помощью манипуляторов, подведенных к сердцу через небольшие отверстия в груди пациента. Технология визуализации «на лету» оцифровывает бьющееся сердце, демонстрируя хирургу трехмерную модель, по которой он может ориентироваться точно так же, как если бы смотрел на сердце через вскрытую грудную клетку.Основная сложность заключается в том, что сердце совершает большое количество движений за короткое время – но, по словам разработчиков, мощности современных вычислительных систем на базе графических процессоров NVIDIA хватит, чтобы визуализировать орган, синхронизируя движения инструментов робота с биением сердца. За счет этого создается эффект неподвижности – хирургу без разницы, «стоит» сердце или работает, ведь манипуляторы робота совершают аналогичные движения, компенсируя биение!

Пока вся информация об этой невероятной технологии состоит из коротенькой видеодемонстрации, но мы будем с нетерпением ожидать новых сведений от NVIDIA. Кто бы мог подумать, что совершить революцию в хирургии задумала компания-производитель видеокарт…

А Японские умельцы не перестают удивлять приятными новинками. Новый робот-медвежонок носит людей на руках

Японцы остановились на "благоприятном имидже плюшевого медвежонка", посчитав, что человекоподобный робот будет только пугать пациентов (фото RIKEN, Tokai Rubber Industries)

Японский институт физических и химических исследований (BMC RIKEN) и компанияTokai Rubber Industries(TRI)вчера представили "медвежеподобного" робота, предназначенного для оказания помощи медсёстрам в больницах. Новая машина буквально носит пациентов на руках.

RIBA (RobotforInteractiveBodyAssistance) - это усовершенствованная версия андроида RI-MAN.

<...> По сравнению с предшественником RIBA серьёзно продвинулся вперёд.

Как и RI-MAN, новичок способен аккуратно поднимать человека с кровати или инвалидного кресла, переносить его на руках, например в туалет, а потом доставлять обратно и так же бережно укладывать в постель или усаживать в коляску. Но если RI-MAN носил лишь зафиксированных в определённом положении кукол весом 18,5 кг,RIBA уже транспортирует живых людей массой до 61 кило.

Рост "медведя" 140 сантиметров (RI-MAN - 158 см), и весит он вместе с аккумуляторами 180 килограммов (предшественник - 100 кг). RIBA распознаёт лица и голоса, выполняет голосовые команды, ориентируется по собранным видео- и аудиоданным, которые обрабатывает в 15 быстрее, чем RI-MAN, и "гибко" реагирует на малейшие изменения в окружающей среде.

Руки нового робота имеют семь степеней свободы, голова - одну (позже будет три), в талии две степени.Корпус покрыт разработанным TRI новым мягким материалом наподобие полиуретановой пены. Двигатели работают довольно тихо (53,4 дБ), а всенаправленные колёса позволяет машине маневрировать в ограниченном пространстве.

Ну и само собой без протезирования в медицине никуда. Поэтому и здесь есть свои ученые и инженеры безустально разрабатывающие новые устройства. А именно Лаборатория прикладной физики им. Д. Хопкинса преподнесла новый сюрприз. В ходе совместной реализации проекта DARPA и Лаборатория прикладной физики им. Д. Хопкинса (Johns Hopkins Applied Physics Laboratory, APL) подготовили к началу тестирования с участием людей очередное поколение протеза руки, названное Modular Prosthetic Limb (MPL). По задумке разработчиков, искусственная конечность будет полностью управляться мозгом посредством вживленных в него сенсоров и даже обеспечивать тактильные ощущения за счет посылки электрических импульсов с внешних сенсоров в соответствующий участок коры головного мозга. В прошлом месяце APL заявила о заключении контракта на 34,5 млн долл. с DARPA, что должно позволить исследователям провести тестирование своей разработки на пяти особах в течение следующих двух лет.

Ожидается, что третья фаза тестирования – испытания с участием людей – позволит внести усовершенствования как в систему управления нейропротезом, так и в алгоритм генерации сигналов обратной связи. MPL, прошедший стадию многолетнего прототипирования, поддерживает 22 разновидности движений, независимое управление каждым пальцем и весит столько же, сколько и настоящая человеческая рука (около 4 килограммов). Исследователи планируют начать тестирование, оснастив протезом парализованного пациента. Реализованные до сих пор нейропротезы были рассчитаны на замену ампутированным конечностям, в то время как MPL позволяет охватить большее количество случаев, включая недуги, связанные с нарушениями нормальной деятельности спинного мозга, поскольку сигналы управления «снимаются» непосредственно с головного мозга.В ходе совершенствования разработки исследователям предстоит решить еще немалое количество затруднений и сложностей, как уже известных, так и тех, которые, несомненно, будут выявлены в процессе тестирования. Среди подобных проблем – малый срок жизни существующих на сегодняшний день нейроинтерфейсов. Внедренные в жидкие ткани организма кремниевые чипы достаточно интенсивно разрушаются, выходят из строя и нуждаются в замене приблизительно каждые два года. Ранее в этом году DARPA анонсировала программу Histology for Interface Stability Over Time, задачей которой названо увеличение срока службы нейроимплантатов до 70 лет.Хотя основными партнерами по разработке значатся APL и DARPA, к процессу исследований привлекается также множество других учреждений. Так, например, Питсбургский университет уже выполнил работы по вживлению обезьянам имплантатов, позволяющих контролировать руки робота, Калифорнийский технологический институт поможет в разработке дизайна интерфейса мозг-компьютер, а Университет Чикаго поучаствует в реализации системы тактильных датчиков.

Постепенно будут внедрены и роботы помощники, задачей которых будет непосредственная помощь врачам, данные модели уже используются в некоторых клиниках зарубежной медицины. Yurina, робот от японской компании Japan Logic Machine, который способен переносить лежачих пациентов на манер больничной каталки, только гораздо более плавно.

Что еще интереснее, Yurina может трансформироваться в инвалидное кресло, управляемое с тачскрина, контроллера или голосом. Робот достаточно ловок, чтобы перемещаться в узких коридорах, что делает его действительно неплохим помощником для настоящих врачей.Отдельно стоит упомянуть видеодемонстрацию, которую обязательно стоит смотреть с включенным звуком. Чем руководствовались режиссеры ролика, сопровождая видеоряд такой зловещей музыкой, мы не узнаем никогда – однако сочетание «доброго робота» и совершенно неуместной звуковой дорожки точно обеспечит вам порцию здорового смеха.

Приятной новостью стало изобретение роботизированных инвалидных кресел, с помощью специальных датчиков этим креслом управлять гораздо удобнее, однако новинка требует неких доработок, которые в ближайшем будущем и будут осуществлены.

Одним из самых приятных дней в жизни собаковода можно считать такой, когда четвероногий любимец полностью освоит следование за хозяином и будет сопровождать его всегда и везде, не требуя постоянного одергивания поводком. А благодаря стараниям команды ученых из Университета Саитамы (Saitama University) подобную концепцию теперь можно применять и к… инвалидным креслам.

Роботизированное кресло несет на борту камеру и датчик определения расстояния, с помощью чего система отслеживает положение плеч человека, идущего рядом с креслом. За счет этих устройств кресло «понимает», в каком направлении двигается человек, соответственно повторяя его путь. Для сидящего в кресле такой способ перемещения получается более приятным, поскольку инвалидное кресло движется плавно, а не толкается вперед спутником.

Робо-кресло способно также огибать препятствия, правда, до определенной степени. Идея, несомненно, хороша, однако требует некоторой доработки. Представьте такую ситуацию: человек сидит в кресле, а помощник в это время с кем-то оживленно беседует и жестикулирует (соответственно, совершая движения туловищем, плечами и руками). Неужели кресло будет все время «елозить» из стороны в сторону, повторяя движения плеч помощника? Создателям определенно есть над чем поработать.

Заключение

Значение роботов – помощников для человека.

Роботы помощники играют огромную роль в современной медицине. Эта отрасль еще достаточно молода и находится на начальном этапе развития, но, несмотря на это некоторые разработки введены уже во всем мире, они успешно функционируют и приносят незаменимую помощь сотрудникам медицинских учреждений. Главная проблема по моему мнению, что если в развитых странах с устойчивой положительной экономикой эти нововведения будут введены сразу после официальной массовой роботизации, то в развивающихся странах они поступят гораздо позже, а в странах третьего мира эти разработки весьма запозднятся и в ближайшем будущем там точно не будет этих уникальных разработок. Дело в том, что вся эта продукция очень дорогостоящая и для ее покупки нужны будут немалые финансирования, которые далеко не всем странам по плечу. Поэтому в будущем нужно поставить вопрос о снижение стоимости данной аппаратуры в пределах разумного, при помощи определенных конференций и заседаний глав правительств.

На сегодняшний день робототехнологии шагнули далеко вперед, благодаря чему концепция лечения людей значительно изменилась. Исходя из того, какое количество исследовательских групп сейчас занимается изготовлением роботов, в медицине намечается огромный прогресс, особенно если сравнивать с успехами восьмилетней давности.

Первые успешные мероприятия по приходятся на 2006 год, когда ученый Сильван Мартель собрал исследовательскую группу и создал уникального на тот момент крошечного робота, габариты которого едва превышали шарик от обычной ручки. Этот искусственный организм был помещен в сонную артерию живой свиньи, где он успешно перемещался по заданным точкам. С тех пор роботы в медицине заняли свою нишу и продолжают активно развиваться. А если судить по опыту последних нескольких лет, эти технологии движутся огромными шагами.

Преимущества роботов

Главная цель создания подобных «помощников» - перемещаться не только по наиболее крупным артериям человека, но и получать данные с участков с узкими кровеносными сосудами. Благодаря этому применение роботов в медицине позволит выполнять довольно сложные операции без травматического вмешательства. Таким образом, значительно снижается риск смертности от слишком агрессивной анестезии или из-за того, что пациент страдает от аллергической реакции на тот или иной препарат.

Однако это не единственный плюс использования роботов в медицине. Например, подобные технологии могут помочь при лечении рака. Дело в том, что микророботы способны доставлять лекарственные препараты непосредственно к очагу злокачественного образования. В отличие от химиотерапии, когда агрессивные препараты распространяются по всему телу больного и вызывают непоправимые последствия, такой метод не нанесет сильного удара по иммунной системе человека.

Современные роботы в медицине способны справляться с большим перечнем задач. Однако и сегодня остается масса вопросов касательно того, как заставить столь малый искусственный организм перемещаться по крови или отслеживать его местоположение. Но некоторые современные разработки, позволяют справляться с поставленными задачами. Рассмотрим их подробнее.

«Биоракеты»

Эти роботы-помощники в медицине являются своего рода титановыми ядрами, заключенными в алюминиевые оболочки. При этом их размер не превышает 20 мкм. Когда алюминиевая оболочка соприкасается с водой, начинается реакция, в ходе которой на поверхности ядра образуется водород. Именно это вещество заставляет микроконструкцию перемещаться со скоростью, равной 150 своим диаметрам за секунду. Это равносильно тому, что человек ростом 2 метра способен проплыть за столько же времени 300 метров. Химический двигатель этого уникального робота в медицине применяется благодаря добавке специального вещества - галлия. Этот компонент уменьшает скорость образования оксидного налета. Благодаря этому микроробот может проработать порядка 5 минут с максимальным запасом хода 900 мм (при условии пребывания в воде).

Чтобы направить микроскопический агрегат по заданному направлению, используется внешнее магнитное поле. Таким образом, «биоракета» применима для доставки лекарственных препаратов в определенную точку организма человека.

Мускульные роботы

Это довольно интересное направление робототехники. Мускульные роботы в медицине применяются для стимуляции мышечных клеток. Работают такие микроскопические агрегаты посредством электрических импульсов, которые они передают. Сами роботы представляют собой своего рода хребты, изготовленные из гидрогеля. Они работают по такому же принципу, что и в организме млекопитающих. Например, если речь идет о человеческом теле, то мышцы начинают сокращаться благодаря сухожилиям. В случае с микророботом этот процесс происходит благодаря электрическому заряду.

Да Винчи

Робот «Леонардо» в медицине получил особую популярность. Он был создан, чтобы в будущем заменить хирургов. На сегодняшний день этот самостоятельный механизм весом 500 кг, оснащенный четырьмя «руками», способен справляться с огромным количеством задач. Три его конечности оснащены миниатюрными инструментами для выполнения сложнейших операций. На четвертой «руке» находится крошечная видеокамера.

То, как действуют такие роботы в медицине, фото демонстрирует лучше всего. Да Винчи способен оперировать через самые крошечные разрезы, ширина которых составляет не более нескольких сантиметров. Благодаря этому после хирургического вмешательства у пациента не остается безобразных шрамов.

В процессе работы «Леонардо» на некотором отдалении от него сидит медицинский работник, который управляет пультом. Благодаря современному джойстику врач может выполнять сложнейшие манипуляции с ювелирной точностью. Все действия передаются конечностям робота, который повторяет движения пальцев рук.

Стоит также отметить, что «руки» агрегата немного отличаются от человеческих кистей тем, что манипуляторы способны работать в режимах. Кроме этого искусственные «пальцы» не устают и могут мгновенно замирать, если оператор случайно отпустит пульт управления. Врач может контролировать свои движения при помощи мощных окуляров, которые позволяют увеличивать картинку в 12 раз.

«Киробо»

Этот интересный робот был разработан специально для космонавтов, которые испытывают психологическое давление, находясь так далеко от родной планеты. Человекообразная машина отличается небольшими габаритами. Ее рост составляет всего 34 см. Однако этого вполне достаточно. Робот способен поддерживать полноценную беседу, реагировать на вопросы и имитировать «живое» общение. Единственный минус новой разработки заключается в том, что общается он пока что исключительно на японском языке.

Робот прекрасно отличает человеческую речь от прочих звуков. Кроме этого, он способен узнавать людей, с которыми уже общался до этого. Он может определять настроение исходя из мимики и вообще много чего умеет. При необходимости он может даже обнять.

Некоторые ученые полагают, что данные интеллектуальные роботы в медицине не нужны. Однако они вполне могут найти применение в психотерапии.

«ПАРО»

Этот помощник работает в качестве зоотерапевта. Внешне он был создан в виде Наружная оболочка робота изготовлена из мягкого материала, который напоминает натуральную белую шкуру реального животного. Внутри он набит всевозможными датчиками (прикосновения, температуры, света, положения, звука и прочего). Этот полноценный искусственный интеллект прекрасно осознает где он находится, способен откликаться на присвоенное ему имя. Уникальный робот с умилительной мордочкой различает грубость и ласковое отношение.

Сегодня этот интересный робот уже широко применяется для терапии различных категорий пациентов. Его можно погладить, обнять, пообщаться с ним или просто рассказать о своих переживаниях. В будущем данные роботы будут направлены в дома престарелых, детские сады и реабилитационные центры для помощи людям, страдающим от психологических переживаний. Очень часто в послеоперационный период пациенты нуждаются в поддержке, однако в медицинских учреждениях невозможно содержать животных, поэтому такой искусственный интеллект станет настоящим прорывом в восстановительной медицине.

«Хоспи»

Этот робот предназначен для того, чтобы заменить фармацевтов. Это поможет медперсоналу значительно сэкономить время на поиск нужных лекарственных препаратов и доставку их в стенах больниц. По большому счету этот помощник представляет собой роботизированную аптечку, высота которой составляет 130 см. Робот способен перевозить вес до 20 кг, этого вполне достаточно для того, чтобы перемещать по госпиталю большое количество самых разных лекарственных препаратов и образцов. При перемещении "Хоспи" способен огибать препятствия, поэтому риск того, что он столкнется с персоналом или посетителями больницы сведен практически к нулю.

«РП Вита»

Этот робот способен оказывать помощь в консультировании на расстоянии. Виртуальный «помощник» позволяет лечащему врачу совершать обход за считанные минуты. Кроме этого благодаря роботу становится возможным следить за состоянием тяжелобольных пациентов, требующих особенного внимания на протяжении дня и ночи.

Высота чуда техники составляет 1,5 метров. Внутри робота установлена система специальных звуковых и лазерных датчиков, за счет которых осуществляется построение маршрута агрегата. Также он оснащен экраном, на котором будет отображаться лицо лечащего врача. Благодаря этому имитируется полноценное общение с пациентами, которые в полной мере ощущают присутствие медицинского сотрудника. «РП Вита» также оснащен современными диагностическими инструментами. Для работы с агрегатом достаточно ноутбука или планшета.

«Хал»

Данный робот представляет собой специализированный экзоскелет, благодаря которому парализованные люди смогут полноценно передвигаться.

Датчики оборудования закрепляются на коже пациентов и начинают считывать силу импульсов, которые исходят от тех или иных мышц. Если какой-либо узел работает не в полной мере, то активируется экзоскелет, и органы получают необходимые для их работы заряды.

Сегодня робот представлен в двух модификациях: целый скелет или только для ног.

«Ватсон»

Этот суперкомпьютер оснащен сразу 90 серверами по четыре процессора, в каждом из которых установлено по восемь ядер. Оперативная память робота составляет шестнадцать терабайт. «Ватсон» - это онколог, который способен ставить диагнозы за короткое время. Агрегат оснащен отличным искусственным интеллектом, благодаря чему он способен быстро считывать информацию и делать необходимые выводы. Робот за считанные минуты обрабатывает до 600 000 медицинских справочников и других необходимых для диагностирования документов. Врачу остается загрузить в память болезни пациента и получить вероятный диагноз. Кроме того, «Ватсону» можно задавать вопросы, только пока что исключительно в письменной форме.

В заключение

Исходя из быстро развивающихся технологий, несложно сделать вывод, что роботы в медицине в будущем будут незаменимы. Они позволят медицинским учреждениям перейти на новый уровень диагностирования и лечения самых сложных заболеваний. При этом речь идет также и о психических больных.

Da Vinci

Назначение : хирург

Как устроен : Пока робот-хирург - это не самостоятельно действующий механизм, а послушный 500-килограммовый инструмент в руках врача. У операционного модуля четыре «руки». Три из них оканчиваются миниатюрными хирургическими инструментами - скальпелями и зажимами, а четвертая управляет крошечной видеокамерой. Da Vinci оперирует через сантиметровые проколы, поэтому без камеры не обойтись, зато у пациента почти не остается шрамов. Когда робот «колдует» над больным, хирург-человек сидит за пультом в отдалении от стола. Врач манипулирует джойстиками, которые с ювелирной точностью передают движения пальцев и кисти «рукам» da Vinci. Как и у человеческой кисти, у них семь степеней свободы, но манипуляторы гораздо сильнее, не устают и мгновенно замирают, если хирург отпустит джойстики. Свои действия врач контролирует через окуляр, куда поступает увеличенная до 12 раз картинка с видеокамеры.

Где применяется : Роботы-хирурги da Vinci работают в сотнях клиник по всему миру. В России 20 таких аппаратов. Один из них - в Федеральном центре сердца, крови и эндокринологии им. В.А. Алмазова (СПб.), где da Vinci выполняет около сотни операций в год. Его «конек» - точное и аккуратное удаление лишнего: опухолей, грыж, аневризм.

Kirobo

Назначение : антидепрессант для космонавтов

Как устроен : Человекоподобный робот высотой всего 34 см создан специально для «живого» общения с человеком. Робот разговаривает, понимает сказанное и естественно реагирует на вопросы. Искусственный интеллект Kirobo отличает человеческую речь (пока только японскую) от окружающих звуков, выделяет в ее потоке отдельные слова и определяет смысл фраз. Андроид запоминает и узнает конкретных людей, различает эмоции, выраженные мимикой и жестами. Тело робота имеет 20 степеней свободы, так что Kirobo отвечает человеку не только словом, но и движениями.

Где применяется : С декабря 2013 года Kirobo общается на Международной космической станции с астронавтом из Японии Коити Ваката. Все беседы записываются на видео, и по итогам миссии японские ученые хотят выяснить, может ли андроид оказать реальную психологическую поддержку человеку.

PARO

Назначение : зоотерапевт

Как устроен : PARO - робот, который выглядит как детеныш гренландского тюленя. Снаружи - мягкая белая шкурка и умильная мордочка. Внутри - датчики прикосновения, света, звука, температуры, положения в пространстве, синтезатор голоса и искусственный интеллект. Электронная зверушка понимает, где находится, запоминает данное ей имя и откликается на него, различает грубость и похвалу. Общаясь с человеком, робот формирует собственный «характер» и становится «настоящим» питомцем.

Где применяется : PARO можно гладить, обнимать, делиться с ним переживаниями. Робозверь поймет и ответит соответственно. Такого эмоционального отклика часто не хватает в больницах детям, пожилым и тем, кто надолго прикован к постели. Зоотерапия помогает пережить долгие дни в госпитале, но содержать животных в больнице часто невозможно. Поэтому с 2003 года роботюленями обзавелись клиники Японии, Европы и США, например клиника Национальной ассоциации болезни Альцгеймера (Чикаго), Детский диагностический центр (Вентура, Калифорния).

HOSPI

Назначение : фармацевт

Как устроен : Огромную часть времени медперсонал больниц тратит на простые действия вроде «принеси-унеси-найди-где-лежит». HOSPI освободил врачей и медсестер для более важных дел. Роботизированная «аптечка» высотой 130 см перевозит до 20 кг лекарств и образцов. В память робота вводят указания, кому какие препараты прописаны, и HOSPI сам выбирает оптимальный маршрут. По пути он огибает препятствия, в том числе движущиеся. Прибыв на сестринский пост, робот сообщает, что и кому он привез. Персоналу остается только отдать лекарства пациентам.

Где применяется : У себя на родине, в Японии, HOSPI работает более чем в 50 клиниках. В 2009 году несколько экземпляров отправились в больницы Южной Кореи.

RP-VITA

Назначение : врач на расстоянии

Как устроен : RP-VITA - робот телеприсутствия, с его помощью врач может виртуально делать обходы или наблюдать за тяжелым больным круглые сутки, находясь в другом месте. По больничным коридорам за доктора будет кататься робот высотой около 1,5 м, который прокладывает путь с помощью системы лазерных и звуковых датчиков. В палате пациент или медсестра видят лицо врача на экране и могут пообщаться с доктором. RP-VITA возит с собой базовый набор диагностических инструментов, и, если доктору нужно что-то уточнить, медсестра тут же проводит обследование. Врачу для общения с пациентом нужен только ноутбук или планшет.

Где применяется : С мая 2013 года RP-VITA находится на службе в шести клиниках США и в Институте здравоохранения Мексики. Роботы следят за тяжелыми пациентами, чтобы вовремя заметить опасные изменения жизненных показателей.

HAL

Назначение : экзоскелет

Как устроен : HAL - робот-костюм, предназначенный для того, чтобы в прямом смысле поднять на ноги парализованных людей. Датчики экзоскелета, прикрепленные к поверхности кожи, считывают слабые электрические импульсы, которые мозг посылает мышцам, а затем двигатели робота делают всю работу. HAL существует в двух вариантах: целый скелет или только «ноги».

Где применяется : Роботы HAL проходят испытания в 10 японских клиниках. Они помогают восстановить двигательные навыки пациентов, временно обездвиженных из-за травмы или долгой болезни.

IBM Watson

Назначение : онколог-диагност

Как устроен : IBM Watson - классический суперкомпьютер из 90 серверов по 4 восьмиядерных процессора в каждом, а его оперативная память - 16 терабайт. «Ватсон» - машина с искусственным интеллектом, он самостоятельно изучает источники информации и делает выводы. Прежде чем приступить к работе, будущий диагност проанализировал 605 000 медицинских документов. Врач загружает в память робота историю болезни и через несколько минут получает вероятный диагноз и курс лечения. Если доктору нужно что-то уточнить, он может задать Ватсону вопрос в письменной форме.

Где применяется : В 2013 году шесть «Ватсонов» были приняты в клиники США в качестве онкологов-диагностов. Результаты превзошли все ожидания: суперкомпьютеры ставят диагноз и выбирают курс лечения на 40% точнее, чем живые врачи. Впрочем, итоговое решение все равно остается за онкологом-человеком. Зато с суперкомпьютером всегда можно посоветоваться. Например, отправить сообщение вроде «Пациент ночью кашлял» или «Эритроциты упали» - «Ватсон» тут же пересмотрит историю болезни и уточнит вердикт.

Фото: AFP/EAST NEWS, CORBIS/FOTO S.A., PANASONIC, DIOMEDIA, REUTERS/VOSTOCK PHOTO, IBM

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.

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:

Исследовались изменения на срезах спинного мозга животных после травмы во всех группах под световым и электронным микроскопами.
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:

Просмотров: 6900

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