Мягкие роботы из пневматических искусственных мышц, которые запрограммированы для выполнения различных реалистичных движений, приобретают всё большее значение для медицины. Ранее для создания биомедицинских устройств использовались жёсткие компоненты, однако, когда речь идёт о максимальной точности и вариативности движений, мягкие роботы становятся просто незаменимыми.
Сегодня специалисты уже доверяют роботам проводить операции самостоятельно или же используют их в качеств помощников. Одного из таких "ассистентов" представила команда из нескольких научных центров США. Это мягкое роботизированное устройство, которое будет помогать в кардиологических операциях.
Исследователи поясняют: в большинстве случаев пациенты с сердечной недостаточностью имеют "односторонние" проблемы. Это означает, что повреждена лишь одна сторона сердца, например, только правый или только левый желудочек. Напомним, эти отделы получают кровь из предсердий и перекачивают её в артерии.
В ходе хирургического вмешательства специалисты работают только с одним желудочком, повреждённым, и ему необходима помощь, чтобы он продолжал качать кровь, поясняет кардиохирург из Бостонской детской больницы Николай Васильев (Nikolay Vasilyev).
Ранее эту задачу выполняли механические насосы, сконструированные таким образом, чтобы кровь проходила через само устройство. Это не очень хорошо, поскольку происходит контакт с чужеродным материалом "из внешнего мира". Кроме того, пациенту приходится вводить антикоагулянты для предотвращения свёртывания крови.
По словам Васильева, сбалансировать дозировку препаратов (обезболивающих, антикоагулянтных и других), которые вводятся пациенту во время операции, очень сложно. Особенно если речь идёт о ребёнке.
Учёные давно искали альтернативу механическим насосам, и вот теперь решение найдено. Команда Николая Васильева совместно с коллегами из Гарварда представила устройство, которое помогает сердцу перегонять кровь через свои собственные камеры.
"Мы объединили жёсткую фиксацию с мягкими роботизированными приводами, чтобы аппарат помогал больному отделу сердца эффективно перекачивать кровь", — рассказывает Васильев.
Устройство состоит из жёсткой скобы, сборного анкера, крепёжного стержня и уплотнительной втулки, а также каркаса, в который заключены мягкие приводы. Каркас (в виде скобы) устанавливается с двух сторон от желудочков.
Внешние приводы ритмично сжимают сердце, а анкер манипулирует межжелудочковой перегородкой, чтобы оба отдела могли расширяться, набирая кровь, и сжиматься, выбрасывая её.
По словам авторов, крайне важно, что система "работает" не только с самими желудочками, но и с перегородкой между ними. Дело в том, что во время операции эта ткань может сместиться, чего ни в коем случае нельзя допустить (перекос перегородки повлечёт "вздутие" одного из желудочков, и это может вызвать рецидив болезни). А скоба как раз фиксирует стенку между отделами на одном месте и защищает здоровую сторону от механической нагрузки. К слову, созданные ранее устройства вообще не предусматривают такой защиты.
Инженеры разработали две версии устройства для правого и левого желудочков.
Испытания нового роботизированного помощника проходили на животных. Они показали, что система помогает повреждённому желудочку эффективно выполнять свою функцию по перекачиванию крови в артерии. Кроме того, аппарат значительно улучшил и способность к принятию крови из предсердий.
Однако прототип устройства ещё требует доработок: команда намерена максимально приблизить систему к "биологической", чтобы она работала с органами человека как единое целое. Кроме того, нужно создать более миниатюрные аналоги устройства для детей.
Также впереди новые тесты системы на животных, а затем и клинические испытания. Поскольку кардиологические операции могут длиться довольно долго, эксперты должны проверить, как покажет себя новый помощник в этом случае.
Далеко идущие планы команды Васильева заключаются в разработке похожего биомедицинского устройства, которое пациент с сердечной недостаточностью сможет носить какое-то время, например, до или после операции. Такая система будет в режиме нон-стоп помогать сердцу качать кровь.
Статья с более подробным описанием нового устройства опубликована в издании Science Robotics.
Добавим, что ранее учёные установили интересный факт: успех операции на сердце во многом зависит от времени суток, в которое она проводится.
