Роботизированная офтальмохирургия

     В последние годы роботизированные системы достаточно активно внедряются в различные сферы хирургической деятельности. Их преимущества очевидны – более высокая точность, большая маневренность и чувствительность по сравнению с хирургическими процедурами, выполняемыми вручную.

    Точность вмешательства – это цель любой хирургии, особенно микрохирургии глаза. Однако темпы внедрения роботизированных систем в офтальмохирургию отстают от других областей медицины. Это можно объяснить уникальными особенностями глазной хирургии, включая прямую визуализацию хирургического пространства и беспрепятственную маневренность инструментов внутри глазного яблока. Кроме того, современные цифровые микроскопы с интегрированными томографами, активный контроль потоков и лазерное сопровождение во многом помогают хирургу и позволяют выполнить некоторые этапы операции в полуавтоматическом режиме.

    Тем не менее ручная хирургия остается ограниченной физиологическими возможностями хирурга-человека. Точность манипуляций снижается из-за врожденного тремора рук, неспособности ощущать силы ниже тактильного восприятия человека, а также отсутствия достаточного восприятия глубины изображения. Роботизированная хирургия способна устранить эти ограничения.

    С начала 1990-х гг. в исследовательских лабораториях по всему миру разрабатывались и тестировались десятки роботизированных офтальмохирургических систем. К примеру, в Carnegie Mellon University и Johns Hopkins University (США) был создан управляемый ручной роботизированный инструмент Micron. Аппарат снижает тремор рук, обеспечивая плавное движение манипуляторов во время хирургических процедур. Его эффективность была продемонстрирована на примере канюляции вен сетчатки на искусственных моделях.

    Исследовательская группа из Vanderbilt University (США) разработала портативное хирургическое устройство, которое позволило визуализировать поверхность эпиретинальных мембран во время пилинга. Для этого они встроили зонд ОСТ, работающий в режиме реального времени, в бранши витреоретинального микропинцета.

    Среди шарнирных роботизированных систем можно отметить механизм, созданный командой ученых из Technical University of Munich (Германия). Его можно использовать для ряда интраокулярных процедур, например, для субретинальных инъекций или при проведении глубокой передней послойной кератопластики. Интегрированная ОСТ позволяет дозировать глубину введения иглы.

    Первым роботом, с помощью которого была выполнена канюляция вен сетчатки у человека, был робот Mynutia, разработанный дочерней компанией Catholic University of Leuven (Бельгия). Хирург и управляемая роботизированная система одновременно держат один и тот же хирургический инструмент (рис. 1). В ходе клинического исследования в 2018 г. антикоагулянт вводили четырем пациентам с окклюзией вены сетчатки в течение 10 минут (Gijbels A. et al.). Разработка системы продолжается, и компания пытается коммерциализировать эту технологию.

     Согласно опубликованной информации единственной роботизированной системой, предназначенной конкретно для хирургии катаракты, является интраокулярная роботизированная интервенционная хирургическая система (Intraocular Robotic Interventional and Surgical System, IRISS). IRISS был создан на базе University of California (США) и представлен общественности в 2013 г. Это первый в мире робот для хирургии катаракты (рис. 2). Он мог работать двумя инструментами, выполнял капсулорексис и всю операцию по удалению катаракты в экспериментах на свиных глазах. Недавно IRISS был объединен с системой ОСТ для оценки интраоперационной анатомии глаза в режиме реального времени. Разработчики совершенствуют робота, используя новейшие алгоритмы машинного обучения.

    На сегодняшний день хирургическая система Preceyes (Preceyes) – единственная роботизированная офтальмохирургическая система, которая стала коммерчески доступной. Система имеет контроллер движений, подобный джойстику, и инструмент-манипулятор (рис. 3). На практике манипулятор копирует движения хирурга, оставляя хирургу полный контроль над инструментами и операцией. Устройство масштабирует движения и фильтрует тремор рук, тем самым повышая точность манипуляций. Хирургическая система Preceyes (Preceyes) – это первый робот-ассистент, который может повысить порог ручной хирургической точности в 20 раз. Preceyes предлагает точность на уровне 5 мкм, контроль тремора и стабилизацию движений. Это может быть особенно важным для операций на субретинальном пространстве, сосудистой сети сетчатки или Шлеммовом канале, для которых требуется точность на микронном уровне. Чтобы предотвратить ятрогенное воздействие на сетчатку, можно ввести виртуальные границы для ограничения нежелательных движений. Технология была создана как продолжение ручных инструментов; она может работать со стандартным хирургическим оборудованием. В 2018 г. Edwards T.L. et al. описали использование Preceyes при пилинге эпиретинальных мембран и для субретинальной инъекции у людей. Разработчики Preceyes продолжают публиковать результаты своих исследований, а роботизированные системы Preceyes в настоящее время используются, по крайней мере, в трех клиниках Европы.

    Хирургия катаракты особенно хорошо подходит для автоматизации и роботизации, потому что хирургический протокол достаточно стандартен и включает одни и те же конкретные рутинные задачи. Фемтосекундный лазер уже сделал эту операцию полуавтоматической. Однако современные фемтосекундные лазеры большие и неподвижные, для работы с ними требуется обученный персонал и место в операционной. Кроме того, при фемто-ассистированной хирургии катаракты все равно остается необходимой платформа для факоэмульсификации. Хирургу и пациенту приходится перемещаться между аппаратами, что создает дополнительные неудобства.

    Более амбициозная задача – автоматизировать всю операцию, избавляя хирурга от необходимости держать хирургические инструменты. Первый опыт работы с роботизированным лазером FemtoMatrix (Keranova, Франция) был представлен в 2019 г. (Stodulka P. et al.). Аппарат представляет собой роботизированную руку, которая по команде хирурга автоматически перемещается в положение над пациентом, а после проведения вмешательства возвращается в исходное положение. Сообщается, что FemtoMatrix может выполнять около 80% хирургической процедуры без вмешательства человека. Хирург может вносить корректировки в план операции в режиме реального времени. В клинических исследованиях система FemtoMatrix эмульгировала даже очень плотные (≥ 5 степени) катаракты, дробя ядро хрусталика на мелкие фрагменты размером 200 мкм. В аппарат интегрирована система аспирации, что оптимизирует рабочий процесс. С помощью FemtoMatrix можно формировать и флэп для LASIK.

    Несколько начинающих компаний – AcuSurgical, Cambridge Consultants, Forsight Robotics и Ophthorobotics – получили стартовое финансирование для разработки своих собственных уникальных роботизированных систем для интраокулярной хирургии. Эти компании работают над клиническими испытаниями и планируют получить европейский сертификат соответствия. Так, AcuSurgical (Франция) недавно привлекла 5,75 млн евро для разработки роботизированной микрохирургической платформы. Они пытаются создать кабину с манипуляторами, управляя которыми, хирург сможет выполнять операции дистанционно в режиме реального времени. Манипуляторы будут обеспечивать тактильную обратную связь, благодаря чему хирург будет чувствовать происходящее во время операции. Кроме того, он будет получать информацию с помощью 3D-визуализации и оптической когерентной томографии. Рядом с пациентом будут располагаться одна или две хирургические руки, имеющие адаптеры для различных хирургических инструментов.

    Робототехника – одна из передовых технологий современного мира. Близится время, когда она войдет и в микрохирургию глаза. Прежние методы работы постепенно вытесняются цифровыми изображениями, виртуальной реальностью, интеллектуальным ОСТ-сканированием, автоматизацией и искусственным интеллектом. Вскоре хирурги будут использовать новый хирургический интерфейс подобно игровой консоли. Робототехника и интеллектуальные инструменты открывают новые рубежи для супер-хирургии.

    Matthew J. Gerber, Jean-Pierre Hubschman, Sean Ianchulev, Michael Brownell, Robotic Cataract Surgery: the promise is there, but challenges remain. Cataract and Refractive Surgery Today. 2021.