Области применения микророботов в медицине включают различные сенсорные приспособления для сердечно-сосудистой системы, приспособления для доставки к тканям лекарственных препаратов, различные маркеры, искусственные сфинктеры, вспомогательные насосы (для поддержания сердечной деятельности), венозные или сердечные клапаны, самоочищающиеся фильтры, подвижные перемычки, приспособления для забора ткани для гистологического исследования и самонаводящиеся микроскопы. Одним из самых интересных достижений в настоящее время являются так называемые «умные» микророботы-эндоскопы.

У существующих па сегодняшний день фиброволоконных эндоскопов, папример видеоколоноскопов, есть несколько недостатков. Они длинные и громоздкие, для работы о ними требуется значительный опыт, они неудобны для пациентов и при работе с ними постоянно существует риск перфорации стенки желудочно-кишечного тракта. Микроробот-видеокол оное коп представляет собой независимый «умный» подвижный эндоскоп, который может двигаться самостоятельно по просвету ободочной кишки, достигая слепой кишки. В процессе продвижения по кишке этот мнкроробот-колопоскоп осуществляет видеосъемку, которая затем просматривается оператором.

Разрабатываются такие микророботы-колоноскопы в течение последних 3 лет сотрудниками кафедры хирургии Национального университета совместно с сотрудниками кафедры электрического и электронного оборудования Национального технологического университета в Сингапуре. Этот проект получил развитие после создания робота-«мышки», который мог проходить по лабиринту во время межуниверситетских соревнований. Такие роботы-«мышки», создаваемые в Национальном технологическом университете, всегда побеждали в подобных соревнованиях. При этом идея развивалась дальше, и ученые пришли к мысли о создании аналогичных «мышек», которые могли бы проходить через сложные изгибы ободочной кишки.

Первыми моделями таких микророботов-«мышек» были телеоператорские модели — простые перемещающиеся роботы с зафиксированными на них CCD-камерами. Эти роботы управлялись вручную при помощи дистанционного пульта.

Данные модели позволили разрешить многие проблемы связанные с миниатюризацией колоноскопов. Однако, прежде чем мы смогли бы называть микророботы-колоноскопы «умными» роботами, необходимо было интенсивное развитие компьютерного программного обеспечения.

Первой для этих целей была разработана программа, позволяющая создавать компьютерную геометрическую модель ободочной кишки. Эта программа могла проводить анализ рентгеновских снимков ободочной кишки, заполненной бариевой взвесью, сделанных в двух проекциях, и создавать трехмерное компьютерное изображение кишки, которое затем можно было рассматривать с различных сторон.

Полученный образ кишки можно было «разрезать» на огромное множество кусочков, как это делается при проведении компьютерной томографии, после чего при помощи специальных компьютерных программ (computer aideddesign и computer-aided manufacture, CAD/CAM) можно воссоздать плотную пластиковую модель кишки. В дальнейшем эту модель можно использовать для проверки продвижения по пей микроробота-колоноскопа.

Более перспективной и важной представляется разработка навигационных компьютерных программ. Одним из аспектов этого программного обеспечения является разработка такой программы, которая позволяла бы микророботу самостоятельно идентифицировать просвет кишки. Такая программа полностью рассчитана на компьютерное изображение и не задействует ультразвуковые или тактильные датчики. Задачи такой программы — локализовать контурные границы просвета кишки при получении изображения кишки, установить возможные направления продвижения микроробота-колоноскопа и определить некоторые параметры просвета кишки, такие как размеры, форма и центроид (специальный термин, который означает центр тяжести, или инерции).

Этой программой впервые использован Hill-кластерный алгоритм для локализации центра просвета кишки (C1L). Определив центр, программа начинает проводить поиск в радиальных направлениях для обнаружения границ просвета кишки. Поиск прекращается, когда компьютер обнаруживает границу слизистой оболочки. Такой поиск осуществляется во всех направлениях, данные обрабатываются компьютером и таким образом идентифицируются границы просвета кишки по всей ее окружности.

Эта программа была протестирована для выявления просвета кишки самой разнообразной конфигурации. Она может с успехом выявлять просвет кишки даже в области крутых изгибов и при наличии жидкости и пузырьков газа. Другие разрабатываемые компьютерные программы позволяют роботу выявлять патологические изменения в стенке и просвете кишки. Кроме того, разрабатываются программы, которые позволяют роботу как бы самообучаться, что приводит к уменьшению времени продвижения его по просвету кишки с приобретением большего «опыта».

В настоящее время разработано и сконструировано большое число моделей микророботов-колоноскопов. Среди них имеются роботы с тефлоповым покрытием, которые устойчивы к агрессивному действию кишечных соков, а также модели как с гусеничным, так и с колесным ходом. Недавно созданная модель обладает «повышенной проходимостью», поскольку имеет гусеницы снизу и колеса сверху. Если этот робот переворачивается, то он продолжает двигаться на колесах.

В настоящее время разрабатываются новые модели микророботов-колоноскопов, которые будут снабжены различными дополнительными приспособлениями для раздувания просвета кишки и аспирации жидкости, источником света и системой для промывания объективов видеокамер. Первые модели микророботов-колоноскопов создаются только для диагностических целей, однако в дальнейшем к ним будут разрабатываться и различные приспособления для лечебных целей, например биопсийные щипцы, лазер, электрическая петля для полипэктомип. Позже предполагается разработать даже эндоскопический микроробот-колоноскоп.

В заключение еще раз следует сказать, что микророботы-эндоскопы обладают целым рядом преимуществ. Они маленькие, очень подвижные, «умные», безопасные и относительно дешевые. В будущем при проведении эндоскопии дюжину таких роботов будут одновременно вводить дюжине пациентов, которые смогут с увлечением смотреть замечательный видеофильм на лазерном диске, пока микророботы выполняют свою работу. Вернувшись после обеда, врач соберет всех роботов (и свой гонорар) и па досуге просмотрит видеозаписи, выполненные этими роботами. Естественно, что при развитии таких микророботов-колоноскопов значительно облегчится скрппинговое обследование людей для выявления ранних форм рака толстой кишки.

Главной мечтой специалистов по эндоскопии является, конечно, создание эндоскопа, который смог бы обеспечить погружение в мир виртуальной реальности и при этом позволил бы осматривать просвет всех органов желудочно-кишечного тракта с обзором на 360°. Воплощение этой мечты должно подождать развития супербыстрых процессоров, цена которых была бы более-менее приемлемой.

- Читать далее "Роботы тренажеры в хирургии. Виртуальная реальность в медицине."