Телероботизированная система для лечения рака мочевого пузыря создана в США

Рак мочевого пузыря является шестой по частоте формой рака в США.

Лечение рака мочевого пузыря отличается своей дороговизной, а базовые методы, используемые при этой форме рака, не претерпевали значительных изменений уже много лет.

Междисциплинарное сотрудничество инженеров и врачей Университета Вандербильта и Университета Колумбии привело к резкому изменению этой ситуации. Доцент Университета Вандербильта Н. Сииман и его команда разработали прототип телероботизированной платформы, которая может проникать в природные отверстия тела (уретру) и обеспечивать хирургам великолепный доступ к опухолям.

Это позволяет многократно увеличить эффективность и безопасность лечения рака мочевого пузыря.

Новая система предназначена как для диагностики новообразований в мочевом пузыре, так и для удаления опухоли – так называемой трансуретральной резекции.

Сииман сказал: «Когда я наблюдал современную трансуретральную резекцию опухоли, я был поражен. Инструменты очень грубые и крупные, а ткани пациента хирург сдавливает и растягивает слишком сильно».

Вдохновленный опытом инженер попытался разработать систему, которая использует миниатюрного робота для проведения этой тонкой операции. Возможности новой системы были описаны в авторской статье «Разработка и оценка телероботизированной платформы для минимально инвазивного трансуретрального наблюдения и вмешательства». Статья была опубликована в недавнем выпуске журнала «IEEE Transactions on Biomedical Engineering».

Специализированная телероботизированная система «не исключает из процесса руки хирурга, а улучшает их возможности». Так прокомментировал появление новинки Дюк Херрелл, доцент урологической хирургии и биомедицинского инжиниринга, который специализируется на минимально инвазивной онкологии в Медицинском центре Университета Вандербильта.

Традиционный метод, который наблюдал Сииман, включает введение гибкой трубки (резектоскопа) через уретру в мочевой пузырь. Инструмент содержит несколько каналов, которые обеспечивают циркуляцию жидкости, дают доступ эндоскопу и инструментам, с помощью которых делают биопсию или удаляют (прижигают) опухоли. В некоторых случаях используют инструменты с оптоволоконным лазером, чтобы убить раковые клетки.

Эндоскоп может дать возможность хорошего обзора вокруг отверстия уретры, но доступ к другим участкам слизистой не так удобен. Врач должен давить или крутить эндоскоп, чтобы осмотреть удаленные участки слизистой мочевого пузыря. Такие действия также необходимы при резекции опухолей, расположенных в труднодоступных местах.

Если хирург, проводящий эндоскопическую биопсию, определяет, что опухоль проросла через мышечный слой мочевого пузыря, то может быть назначена цистэктомия – удаление мочевого пузыря при помощи разреза брюшной стенки. Часто это делается обычным хирургическим роботом. Но если врач считает, что опухоль затрагивает только слизистую оболочку мочевого пузыря, то он может удалить ее с помощью резектоскопа.

Рак мочевого пузыря – очень дорогое заболевание. Высокая стоимость обусловлена тем, что рак очень устойчив, поэтому больным требуется продолжительное наблюдение, а нередко и повторные операции. Среди факторов, которые мешают вылечить рак с первой попытки, трудности с распознаванием точных границ опухоли во время трансуретральной резекции. Это приводит к тому, что часть раковых клеток на границе опухоли может оставаться нетронутой.

Доктор Херрелл говорит, что длинный резектоскоп делает трансуретральную резекцию опухоли мочевого пузыря неудобной и сложной процедурой.

Телероботизированная система создана специально для операций в таких условиях. Сама машина по размеру и форме похожа на небольшой термос, но ее рабочий конец имеет всего 5,5 миллиметров в диаметре, и включает сегментированную механическую «руку». Тонкая рука робота может поворачиваться и изгибаться в разные стороны, направляя инструмент в нужную точку. На конце руки находится подсветка, оптоволоконный лазер для прижигания опухоли, волоконный эндоскоп для осмотра и миниатюрные щипцы для взятия образца ткани.

Инженеры сообщают, что они могут контролировать позицию руки робота, изменяя ее на доли миллиметра. Такой точности более чем достаточно для проведения успешной операции. Они продемонстрировали, что устройство способно брать образцы ткани для биопсии и успешно прижигать маленькие опухоли лазером.

Волоконный эндоскоп получает изображение на 10 000 пикселей, которое передается на монитор в операционной. Эндоскоп свободно поворачивается и позволяет увеличивать изображение, поэтому обследование удаленных участков мочевого пузыря становится сравнительно простой задачей. Сейчас ученые работают над дальнейшим улучшением устройства. Рассматривается возможность замены волоконного эндоскопа миниатюрной цифровой камерой.

В будущем исследователи собираются включить дополнительные методы визуализации, чтобы улучшить способность робота идентифицировать края опухоли. Возможно, будет внедрена флуоресцентная эндоскопия или оптическая когерентная томография (ОКТ), которая использует оптические волны инфракрасного диапазона. Также рассматривается дополнительное применение ультразвука.

Вдобавок к этим обширным диагностическим возможностям исследователи планируют придать руке робота тактильную чувствительность. Технология усиленной обратной связи позволит измерять степень давления механической руки на ткани опухоли. Доктор Андреа Баджо использовал эту возможность для разработки алгоритмов, которые позволяют роботу виртуозно «ощупывать» опухоль, следуя точно по границе опухоли.

Доктор Херрелл говорит: «Хирурги обычно идентифицируют границу опухоли с точностью около миллиметра, но наш робот способен делать это с точностью, на порядок превышающую возможности человека. Внедрение дополнительных технологий поможет определять границу опухоли на клеточном (!) уровне».

Теперь команда ученых планирует научить робота определять границы опухоли и удалять злокачественные клетки вместе с тончайшей полоской окружающих здоровых тканей. Во всем этом процессе хирургу останется только направлять умную машину и давать ей команды.

Кроме того, инженеры работают над многочисленными мерами безопасности телероботизированной системы. К примеру, оператор может установить максимальную глубину разреза лазером и другие параметры, за соблюдением которых будет следить сама машина. Эти меры безопасности являются приоритетными для Сиимана: робот должен проникать в человеческое тело и абсолютно безопасно взаимодействовать с ним.

medbe.ru