Скользящие узлы дают хирургическим роботам ощущение осязания

Ханчжоу, 30 ноября /Синьхуа/ -- "Почему бы не завязать скользящий узел?", - предложил профессор центра перекрестной механики хирургам в лаборатории Чжэцзянского университета /пров. Чжэцзян, Восточный Китай/.

Это новшество, которое недавно казалось слишком простым, теперь превратилось в статью на обложке журнала Nature под названием "Точный узел", предлагающую потенциальное решение постоянной проблемы роботизированной хирургии: как закрыть рану с точно заданным усилием.

При роботизированных операциях хирурги, как правило, теряют тактильную обратную связь, или "ощущение", на которое они полагаются при традиционной открытой хирургии, чтобы определить, насколько сильно им следует затягивать узел шва. Ведь неплотно завязанный узел может привести к протечкам, а чересчур тугой - блокировать кровоснабжение, что выльется в повреждение тканей.

Вместо разработки сложных электронных датчиков междисциплинарная команда из Чжэцзянского университета черпала вдохновение в фундаментальной механике. Их решение, получившее название "Sliputure", представляет собой специальный шов с предварительно завязанным скользящим узлом.

Принцип действия технологии очень прост. Скользящий узел спроектирован таким образом, что он развязывается при определенном усилии. Когда хирургический робот затягивает шов, скользящий узел удерживается до тех пор, пока не будет достигнуто точное оптимальное усилие, после чего он отпускается.

Согласно результатам исследования, это же действие передает определенное усилие на хирургический постоянный узел, который завязывается поблизости, поэтому робот останавливается только при правильном натяжении.

"Если скользящий узел соединен с мертвым узлом на одном и том же шве, они могут разделить растягивающую нагрузку", - заявил Ли Тефэн, один из авторов исследования.

Команда изготовила 500 накладных узлов, собрала данные от хирургов всех уровней квалификации, из разных материалов и стилей, затем смоделировала и сплела сотни швов, каждый из которых имел свой уникальный узел, который раскрывался при определенной нагрузке. Механизм скользящего узла продемонстрировал замечательную стабильность работы, а точность срабатывания составила 95,4 проц. на сотню испытаний.

В хирургии оперирующим врачам разрешено выбирать тот узел, который лучше всего подходит для их случая. Исследование показало, что изобретение позволило начинающим хирургам повысить точность завязывания узлов на 121 проц. и вязать узлы, неотличимые от опытных хирургов.

При оперировании кишечника у мышей устройство фиксировало каждый узел с усилием в 1,3 ньютона, что вдвое меньше, чем у неуправляемого робота с его 2-3 ньютонами, устраняя протечки, не блокируя кровоток и ускоряя заживление.

В модели повреждения толстой кишки у крыс группа, получавшая "умный" шов, достигла нормального заживления на 2 дня раньше, чем контрольная группа, и продемонстрировала более обильное кровоснабжение. Для хирургической робототехники команда добавила функцию распознавания на основе зрения: в тот момент, когда камера обнаруживала ослабление скользящего узла, роботизированная рука останавливалась сама - автоматически и без дополнительного оборудования.

Инновация ценна своей простотой и надежностью. В отличие от сенсорных систем, она не требует электричества, сложной электроники или компьютерных алгоритмов, что делает ее потенциально более дешевой, простой в стерилизации и пригодной для использования в сложных условиях, таких как отдаленные районы и даже глубоководные или космические полеты.

Команда также построила полностью автоматизированную линию для изготовления накладных узлов, которая изготавливает идентичные швы, готовые к хранению, в больших масштабах. -0-