3 курс / Топографическая анатомия и оперативная хирургия / Клиническая анатомия / Клиническая_анатомия_для_хирургов,_выполняющих_лапароскопические

3 2 0

Л А П А Р О С К О П И Ч Е С К А Я Х И Р У Р Г И Я

тренажерах, а также во время операций на животных. В настоящее время разрабатывается второй вариант такого робота, который фиксируется к кронштейну в потолке реального операционного зала.

Оснащение операционного зала при выполнении малоинвазивных операций

В будущем операционные залы должны оснащаться таким образом, чтобы обеспечивать выполнение малоинвазивных хирургических вмешательств, и с таким расчетом, чтобы можно было разместить все оборудование, необходимое при использовании роботов и новейших аудиовизуальных технологий. В настоящее время разрабатываются такие «операционные залы для выполнения малоинвазивных хирургических вмешательств» (MIS*OT, minimally invasive surgical operating theater) в Национальной университетской клинике в Сингапуре.

ТРАДИЦИОННОЕ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

Благодаря воображению художника (рис. 20.2) мы видим, как, с точки зрения большинства экспертов, могут выглядеть в будущем операционные залы. Пациент располагается на операционном столе, окруженный «руками» роботов* хирургов. Одни роботы оснащены лапароскопом и видеокамерой, а остальные с помощью современных инструментов выполняют в брюшной полости различные манипуляции. Видеоинформация обрабатывается при помощи огромного центрального процессора, который является как бы связующим звеном между людьми и роботами*манипуляторами и с которого собственно и поступают команды этим роботам. Хирург и его ассистент работают за находящимся в отдалении пультом управления. На них надеты специальные шлемы для погружения в среду компьютерной виртуальной реальности, которые позволяют им получать панорамный обзор всей брюшной полости при повороте головы. Управление инструментами роботов осуществляется в режиме master* slave (копирования движений) при помощи либо соответствующих рычагов, либо перчаток со специальными датчиками. Панель управления может находиться на разном удалении от операционного зала — дома, в другой комнате, па другом континенте, в космическом пространстве или глубоко под водой. Однако построить такие операционные системы в ближайшем будущем невозможно.

Виртуальная реальность, или технология виртуального окружения, в настоящее время еще не настолько совершенна, чтобы можно было воссоздавать реальную картину операционного поля и его окружения. Современные процессоры работают пока еще недостаточно быстро для того, чтобы создавать для хирурга образ операционного поля без значительной задержки по времени, и чем больше имеется различных деталей в этом образе, тем более длительна задержка. Развитие роботов*маиипуляторов, несмотря на проявляемый к ним огромный интерес, также в настоящее время не может обеспечить создание таких систем, которые были бы в состоянии выполнять эндоскопические оперативные вмешательства. Стоимость таких систем и их разработок

Р О Б О Т Ы В Х И Р У Р Г И И

321

Рис. 20 .2 . « Т р а д и ц и о н н о е » п р е д с т а в л е н и е об о п е р а ц и о н н о м зале будущего, предназначенном д л я в ы п о л н е н и я эндоскопических о п е р а ц и й , с п р и м е н е н и е м виртуальной р е а л ь н о с т и , т е л е к о м м у н и к а ц и о н н ы х технологий и роботов#манипуляторов . Примеча - тельно, что д о л ж е н с у щ е с т в о в а т ь ц е н т р а л ь н ы й процессор, который необходим д л я интегрирования и н ф о р м а ц и и и контроля за всей этой с л о ж н е й ш е й с и с т е м о й .

остается необычайно высокой, неприемлемой для широкого их внедрения, и поэтому заниматься этой проблемой могут только лишь хорошо финансируемые научные центры в высокоразвитых странах.

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПОЛНОГО ПОГРУЖЕНИЯ В ВИРТУАЛЬНУЮ СРЕДУ

Опытный образец оборудования для полного погружения в виртуальную среду в настоящее время создается в Национальной университетской клинике в Сингапуре. Авторы этого проекта черпают вдохновение от различных экспонатов в Диснейлэнде и в Epcott*цсптре во Флориде, США. Основная идея этого проекта состоит в том, чтобы обеспечить хирургической бригаде возможность обзора брюшной полости на 360°. Такой подход имеет много преимуществ, которые позволяют хирургу видеть положение всех портов и инструментов, не теряя одновременно обзора собственно операционного поля. Обзор брюшной полости на 360° создастся при помощи специального эндоскопа, вокруг наконечника которого расположены четыре CCD*камеры на микросхемах (рис. 20.3). Мощный источник света интенсивно освещает всю брюшную или грудную полость. Четыре видеокамеры проецируются на отдельные экраны, окружающие операционный стол и хирургическую бригаду (рис. 20.4). Получаемые образы проецируются на экраны видеопроекторами с высокой разрешающей способностью, фиксированными к потолку в углах операционного

Рекомендовано к покупке и изучению сайтом МедУнивер - https://meduniver.com/

3 2 2

Л А П А Р О С К О П И Ч Е С К А Я Х И Р У Р Г И Я

Р и с . 20.3.	Э н д о с к о п и ч е с к а я в и -
д е о к а м е р а	с о б з о р о м н а 360° со

с ч е т в е р е н н о й C C D # к а м е р о й .

зала. Качество изображения улучшается за счет сдвоенных кабелей и соединений. Для особо тонких манипуляций при выполнении препаровки тканей имеется возможность подключить видеомонитор, на экране которого создастся трехмерное изображение. Этот вариант, в частности, необходимо использовать при эндоскопическом ручном наложении анастомозов.

Другим отличительным признаком этого нового операционного зала явля-

ется	фиксированная к	потолку активируемая голосом видеокамера*робот, а
такж е	систем а O R E S T	(2), с о зд ан н ая в Г ер м ан и и к о м п а н и е й D ornicr

Medizintechnik. O R EST (2) представляет собой интегрирую щ ую систему, которая содержит в себе различные подсистемы, такие как инсуффлятор газа, источник света, видеокамера и высококачественный генератор, соединенные с компьютеризованным пультов управления. Хирург имеет возможность управлять всеми этими подсистемами дистанционно, используя пульт управления, находящийся в стерильной зоне. Все кабели и отводы от этой системы подходят к зоне операционного поля в одном рукаве, и вся система программируется таким образом, что с ее помощью можно выполнять стандартные манипуляции, но в то же время есть возможность при необходимости изменить нужные параметры в соответствии с требованиями конкретной ситуации.

Конструкция этого операционного зала (рис. 20.5), представляющего собой настоящее произведение искусства, являет пример того, как существующие технологии могут быть применены для радикального изменения хирургического оборудования и сделать его более подходящим к требованиям эндоскопической хирургии.

МИКРОРОБОТЫ

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 интерес*

Р О Б О Т Ы В Х И Р У Р Г И И

323

Рис. 20.4. а # схематическое изображение окружающей видеопроекторной системы . Каждая C C D # к а м е р а проецирует на экраны свое изображение . В результате этого у хирурга имеется п о л н ы й обзор (на 360°) всей б р ю ш н о й полости; б # реальная апробация видеопроекторной системы во время выполнения лапароскопической холецистэктомии .

Рекомендовано к покупке и изучению сайтом МедУнивер - https://meduniver.com/

3 2 4 ЛАПАРОСКОПИЧЕСКАЯ ХИРУРГИЯ

Активатор

Видеомонитор с экраном, позволяющий получать трехмерное изображение

Вспомогательный

модуль

Р ис .	2 0 .5 . П р е д с т а в л е н и е худож ника о б о п е р а ц и о н н о м з а л е б у д у щ е г о	в	н а с т о я щ е е
в р е м я	в о п л о щ а е т с я в ж изнь в Н а ц и о н а л ь н о й у н и в е р с и т е т с к о й клинике	в	Сингапуре .

Видны видеопроекторная система, «рука» робота и видеомонитор с активатором и экраном, позволяющий получать трехмерное изображение.

пых достижений в настоящее время являются так называемые «умные» микророботы*эндоскопы.

У существующих па сегодняшний день фиброволоконных эндоскопов, па* пример 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 киш ки, дости гая слепой кишки. В процессе продвижения по кишке этот мнкроробот*колопоскоп осуществляет видеосъемку, которая затем просматривается оператором. Разрабатываются такие микророботы*колоиоскопы 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 (рис. 20.6, 20.7). 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 (рис. 20.8). Данные модели позволили разрешить многие проблемы.

Р О Б О Т Ы В Х И Р У Р Г И И

325

Рис.	20.6. Робот#«мышка» д л я прохождения по лабиринту, созданный в Националь -
ном	технологическом университете в Сингапуре .

Рис. 20.7. В н е ш н и й вид микроробота#«мышки».

Рекомендовано к покупке и изучению сайтом МедУнивер - https://meduniver.com/

3 2 6

Л А П А Р О С К О П И Ч Е С К А Я Х И Р У Р Г И Я

Рис. 20.8. Управление микророботом*колоноскопом и проведение его по просвету ободочной кишки.

связанные с миниатюризацией колоиоскопов. 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 (рис. 20.9).

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 aided* design и computer*aided manufacture, CAD/CAM) можно воссоздать плотную пластиковую модель кишки (рис. 20.10). 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 воз*

Р О Б О Т Ы В Х И Р У Р Г И И

327

Рис. 20.9. Компьютерная графическая модель ободочной кишки.

В

Рис . 20 .10 . М о д е л ь о б о д о ч н о й кишки CAD/CAM,

можные направления продвижения микроробота*колоиоскопа 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 (рис. 20.11).

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

Рекомендовано к покупке и изучению сайтом МедУнивер - https://meduniver.com/

3 2 8

Л А П А Р О С К О П И Ч Е С К А Я Х И Р У Р Г И Я

Р и с . 2 0 . 1 1 . И д е н т и ф и к а ц и я и а н а л и з п р о с в е т а к и ш к и п р и п о м о щ и с п е ц и а л ь - н ы х к о м п ь ю т е р н ы х п р о г р а м м .

газа (рис. 20.12). 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 уменьш ению 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 (рис. 20.13). Недавно созданная модель обладает «повышенной проходимостью», поскольку имеет гусеницы снизу и колеса сверху. Если этот робот переворачивается, то он продолжает двигаться на колесах (рис. 20.14). 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 раз-

рабатываться и различные приспособления для лечебных целей, например биопсийные щипцы, лазер, электрическая петля для полипэктомип. Позже предполагается разработать даже эндоскопический микроробот*колоноскоп.

Р О Б О Т Ы В Х И Р У Р Г И И

329

Рис. 20 . 12 . И д е н т и ф и к а ц и я просвета кишки, заполненного жидкостью и пузырьками

Рис. 20 . 13 . Пять м о д е л е й микророботов#колоноскопов .

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.

Рекомендовано к покупке и изучению сайтом МедУнивер - https://meduniver.com/