ГБУЗ МО МОНИКИ им. М.Ф. Владимирского РОБОТЫ В МЕДИЦИНЕ: ПРОБЛЕМЫ РАЗРАБОТКИ И ПЕРСПЕКТИВЫ Рогаткин Д.А., д.т.н. Октябрь 2013 Робот – электронно-механическое устройство, которое частично или полностью выполняет функции человека или отдельных его органов и систем (иногда животного) при решении различных медицинских задач. Робот-манипулятор (хирург, терапевт и др.) — механические манипуляторы, способные к работе под непосредственным управлением человека (дистанционным). Хирург-манипулятор «Да Винчи» Новозеландский манипулятор-терапевт Роботизированные протезы и экзоскелеты — устройства, исполняющие у пациента роль утраченных и потерявших свои функциональные возможности конечностей Роботы для лечебно-профилактических процедур Массажные роботы Радиохирургические роботы-манипуляторы Реабилитационный робот — робот, предназначенный для занятий с больным для ускорения реабилитации пациентов после различных заболеваний. Paro – самый лечебный робот, предназначен для лечения при болезни Альцгеймера — устройства, помогающие восстанавливать функции конечностей при инсультах Робот–манекен - робот-симулятор человека, предназначенный для обучения и тренировок медработников SimMan 3G – симулятор несчастных случаев Simroid – манекен для стоматологов Сервисные роботы – помощники: это роботы, запрограммированные автономно выполнять работу невысокой квалификации или работу, поддающуюся алгоритмизации: отнести анализы, подать инструмент хирургу, рассортировать лекарства для больных, взять интервью у больного по определённому шаблону и т.п. Helpmate – робот курьер из США, призванный снизить расходы на младший персонал Пенелопа - робот-помощник хирурга для подачи инструмента Сервисные роботы: роботы телеприсутствия Проекты “RP-7”, “RP-8” и др. Сервисные роботы-помощники для переноски больных Роботы RIBA, предназначенные для транспортировки больных Миниатюрные, микро и нанороботы - роботы малых размеров, способные выполнять различные задачи внутри организма пациента. Российские разработки: Московский Государственный Индустриальный Университет Российский Научный Центр Восстановительной медицины: Манипуляционный робот Робот телеприсутствия “R-Bot” Российские разработки: «Внутрисосудистый робот» Войнова В.В. МГТУ им. Н.Э.Баумана Экзоскелет руки человека фирма «Нейробиотикс», 2013г. Тренажеры-манекены «Илюша-Гоша-Максим»: Анализ и прогноз рынка робототехники по данным ассоциации производителей роботов Японии Для сравнения: Российский рынок медицинской техники в 2010г. – 3.4 млрд. $. Согласно «Стратегии развития» к 2020г. он составит 13.6 млрд. $. Прогноз развития в России: (журнал «Технологии живых систем», №4, 2010) 1. Роботы-манипуляторы для хирургии, особенно микрохирургии зарубежного производства. Идет уже закупка крупными научными и коммерческими медицинскими центрами. Объем порядка 10 в год. 2. Роботы-манекены зарубежного и частично российского (самые простые) производства. Началась закупка крупными учебными медицинскими вузами и академиями. Объем: 1 зал на ВУЗ. 3. Роботизированные установки для лечебных процедур зарубежного производства. Началась закупка крупными медицинскими учреждениями, особенно онкологическими. Объем порядка 5-10 в год. Отдельно реабилитационные роботизированные установки – в т.ч. и российские – устойчивый спрос в реабилитационные отделения. 4. Роботизированные протезы зарубежного производства. Будет массовая закупка населением с момента появления массового и дешевого предложения на рынке. 5. Сервисные роботы - ? Будет массовый спрос во все клиники но при условии достижения функциональной автономности. Проблемы для разработчика: (пример автономных мобильных сервисных роботов - СМР) 1. Функциональные возможности: - интерфейс «Робот-врач»; - возможности автономного планирования и принятия решений; - возможности распознавания ситуации и элементов среды обитания; - возможности автономной навигации и преодоления препятствий; - возможности поиска и достижения целевой функции назначения. 2. Унификация решений и серийное производство. 3. Цена/возможности. 4. Гарантии безопасности. 5. Гарантии работоспособности. 6. Сервисное обслуживание жизненного цикла. 7. Цена сервисного обслуживания. 8. С чего начать разработку? Отсутствие теоретических основ создания таких роботов Общая задача функционирования автономного мобильного сервисного медицинского робота Целеуказание от медперсонала (врача) переменная ситуационная задача Перемещение в переменной внешней среде - Поиск - Анализ ситуации - Преодоление препятствий Прибор Установление контакта с внешними объектами взаимодействие - Общение - Самосохранение - Оценка своих сил Робот Человек Предмет Животное Основа разработки – медико-технические требования (МТТ) по ГОСТ Р 15.013-94 Как формулировать специализированные МТТ к СМР? Какие существуют общие принципы функционирования СМР в клинике? 6.1 Требования к выполнению изделием своих функциональных задач: - Формулировка целевых функций назначения и сценариев поведения в клинике; - Требования к способам задания команд (целевых функций); - Требования к распознаванию ландшафта, предметов и обитателей территории; - Требования к сенсорным системам робота; - Требования ко времени выполнения команд; - Требования к механическим перемещениям (скорости, ускорения) - Требования по самосохранению и сохранению среды обитания - Оценка последствий отказа работоспособности - ………………………………………… 6.3 Требования к производительности изделия 6.4 Требования к средствам контроля режимов работы 7.2.4.2 Характеристики рабочего цикла 7.3.1.3 Требования к стерилизации и дезинфекции Х.Х.Х ……………………………………………………… 11.1 Требования к порядку испытаний и приемки Выводы: 1. По многим перечисленным направлениям роботы в клиниках стали реальностью. Это не фантастика, хотя некоторые направления, например, по нанороботам – пока еще фантастика. 2. Скорость внедрения лечебных роботов в медицину сегодня сопоставима со скоростью внедрения первых компьютеров. 3. Многие технические вопросы функционирования и производства электронных и механических частей таких роботов сегодня инженерами и физиками решены. Поэтому роботы-манипуляторы, роботы-манекены, реабилитационные роботы – уже на рынке. 4. Нерешенными остаются фундаментальные вопросы разумного ситуационного поведения робота, интерфейса «врач-робот», его безопасности для пациента и врача. 5. Российские производители по большинству номенклатуры не могут конкурировать с зарубежными фирмами. Нет смысла «догонять» и повторять уже существующие разработки. Лучше сосредоточиться на обслуживании роботов зарубежных фирм. Только по разумным автономным системам (Андроидам, СМР) возможна конкуренция при условии опережающей разработки научно-теоретических инженерных основ их функционирования. Благодарю за внимание! Электронная почта: [email protected] URL: http://www.medphyslab.ru