Моторизированный позиционер лапароскопа

С момента широкого и повсеместного внедрения лапароскопической хирургии прошло более 30 лет. За этот период лапароскопическая хирургия стала не только повседневной практической методикой, но и изменила многие медицинские представления в целом, значительно расширив показания к хирургическому лечению.

В лапароскопической хирургии можно проследить определенную этапность развития. Так, первым этапом является изобретение лапароскопии как таковой русским акушером-гинекологом Дмитрием Оттом в 1901 г. [1]. Используя свет свечи и лобный рефлектор, Д. Отт осматривал брюшную полость через кольпотомическое отверстие. В дальнейшем по мере совершенствования техники стали появляться оптические приборы — лапароскопы различной конструкции и инструменты к ним.

Следующий этап развития связан с использованием видеотехники в лапароскопии. Первым видеокамеру в лапароскопической гинекологии применил A. Yuzpe в 1977 г. В последующие годы лапароскопическая методика получила широкое внедрение в клиниках мира и в медицинские специальности.

Третьим этапом развития следует считать объединение лапароскопической методики с робототехникой, которое началось с 1985 г., когда Y. Kwoh использовал промышленный робот Puma 560 для точной биопсии головного мозга [2]. В дальнейшем робототехнология прочно вошла в симбиоз с лапароскопической хирургией.

Универсальные машины для тяжелой и изнурительной работы — таким представил роботов чешский драматург Карл Чапек в 1921 г. в пьесе Rossom’s Universal Robots [3, 4]. Несмотря на то что роботы уже давно используются в промышленности, автомобилестроении и народном хозяйстве, их внедрение в медицину остается незначительным и длительным. Этому препятствовало как несовершенство техники, так и скептическое отношение медицинского сообщества к робототехнологии. Однако в последние годы ситуация переломилась и мы видим все более широкое использование роботов в медицине. В 80-х годах прошлого столетия на рынке появился первый коммерческий робот-хирург AESOP [5].

Цель исследования — проанализировать существующие моторизированные позиционеры лапароскопа (МПЛ), определить их основные преимущества и недостатки и разработать основные требования к оптимальной конструкции устройства.

Все медицинские роботы можно разделить на две группы: роботические системы для проведения хирургических вмешательств и роботические системы для оказания помощи хирургу. Последние более известны как позиционеры лапароскопа.

Позиционеры лапароскопа в свою очередь можно разделить на две большие категории: активные и пассивные устройства. К пассивным относятся позиционеры, не способные к смене позиции без приложения силы человека. Активные, напротив, управляются дистанционно.

Пассивные позиционеры лапароскопа состоят из ряда подвижных сочленений, которые можно заблокировать в любом положении. Такие устройства, как Unitrak и Endofreeze (Aesculap, Tuttlingen, Германия), Endoboy (Гейзер-Endobloc, Coudes, Франция), Мартин Arm (Gebrurder Martin GmbH & Co, Tuttlingen, Германия), PASSIST [6—9] (Академический медицинский центр, Амстердам, Нидерланды) и автоматические позиционеры лапароскопа [10], разработанные в институте биомедицинской инженерии им. Гельмгольца (Аахен, Германия), компактны, легко устанавливаются на операционном столе, обеспечивают стабильное изображение. Однако для смены позиции лапароскопа хирургу необходимо одну, порой и обе руки отрывать от инструментов, извлекать их из брюшной полости. Это приводит не только к увеличению длительности операции, но и повышает риск инфицирования операционной полости. Некоторые из пассивных позиционеров имеют гидравлический или пневматический блокиратор, который необходимо периодически разблокировать ножной педалью, что доставляет дополнительную трудность для оперирующего хирурга. Все изложенное препятствует широкому внедрению пассивных позиционеров лапароскопа в хирургию.

Для преодоления описанных выше недостатков пассивных позиционеров в них были внедрены элементы робототехники, что привело к появлению активных устройств — моторизированных позиционеров лапароскопа. Их главное отличие заключается в дистанционном управлении без отрыва рук хирурга от инструментов.

В настоящее время на рынке медицинских роботов представлены несколько активных позиционеров, отличающихся конструкцией и способом управления. Например, AESOP выполнен в виде отдельной консоли, обладает 6 степенями свободы, а управление им происходит с помощью голосовых команд или ножных педалей [6, 9, 11]. EndoAssist также исполнен как напольное устройство, но, в отличие от AESOP, управляется наклонами и поворотами головы хирурга. Датчик, фиксирующий перемещения головы хирурга, работает на основе инфракрасных волн [6, 11]. ViKY имеет компактные размеры, что позволяет ему размещаться непосредственно на теле пациента. Управление происходит с помощью голосовых команд либо посредством 6 ножных педалей [8]. LapMan, подобно AESOP и EndoAssist, имеет достаточно большие размеры, а управление происходит с помощью миниатюрного беспроводного джойстика, находящегося на лапароскопических инструментах.

Авторами проанализированы МПЛ EndoAssist, LapMan, ViKY, Freehand и AESOP по следующим параметрам: габариты, способ управления, мобильность, требовательность к установке и скорость смены позиции. Данные представлены в таблице.

Под требовательностью к установке подразумевается четкая пространственная привязанность МПЛ к месту установки первого троакара для лапароскопа. При неправильной установке нарушается скоординированность команд пульта управления и перемещения МПЛ.

Под мобильностью понимается способность к переносу МПЛ одним человеком на другое место. При этом согласно ГОСТу масса переносимого медицинского оборудования не должна превышать 25 кг. Под габаритами понимаются такие размеры устройств, которые занимают такое же пространство вокруг операционного стола, что и один человек.

Способ управления означает метод передачи команд хирургом позиционеру лапароскопа. Оно может быть голосовым, ножным посредством педалей и с помощью наклона и поворота головы — «головным».

Опираясь на преимущества и недостатки проанализированных МПЛ, мы вывели требования к оптимальному позиционеру лапароскопа. По нашему мнению, МПЛ должен обладать компактным размером и мобильностью, подобно ViKY и Freehand, иметь управление с помощью головы хирурга по аналогии с EndoAssist, как и AESOP, свободно размещаться по отношению к точке ввода троакара лапароскопа. Возможность выбора скорости смены позиции в представленных МПЛ отсутствовала, что, по нашему мнению, является существенным недостатком.

Подводя итог изложенному, можно вывести основные требования к оптимальному, по нашему мнению, позиционеру лапароскопа:

— устройство должно иметь компактные размеры, чтобы его можно было свободно переносить, использовать в малых операционных комнатах;

— моторизированный позиционер должен монтироваться в любом удобном положении с любой стороны пациента и обеспечивать достаточный обзор оперируемой области;

— управление должно осуществляться без отрыва рук хирурга от инструментов минимум в двух плоскостях;

— устройство должно быстро и легко устанавливаться в рабочее положение и иметь интуитивно понятное управление;

— иметь возможность выбора скорости смены позиции лапароскопа.

В соответствии с изложенными требованиями нами разработан моторизированный позиционер лапароскопа собственной конструкции (см. рисунок).

Нами проведены успешные испытания разработанного позиционера на моделях и в эксперименте и подготовлены рекомендации для клинической апробации.