Не навреди: российские медики создали клинику для роботов

Женщина-машина из человеческих костей

Времена, когда будущие врачи оттачивали навыки на животных, трупах или живых людях, прошли. Медицина развивается, и на смену «средневековым» методам приходят более гуманные способы познать природу болезней, варианты их лечения и тактику проведения процедур. Медики тренируются на специальных роботах-тренажерах, или симуляторах, которые выглядят в точности как человек.

Подобная практика помогает лучше ориентироваться в стрессовых ситуациях, увеличивает качество ухода за пациентом и частоту успешных хирургических вмешательств, а также снижает число осложнений. Научно доказано улучшение ролевого и командного взаимодействия во время обучения хирургических, анестезиологических и бригад скорой помощи на медицинских симуляторах-тренажерах.

Читайте также из рубрики Наука: Ростех запустит производство «умных» холодильников

Первый такой тренажер изготовили во Франции в XVIII веке. Разработку инициировала главная акушерка старейшего парижского госпиталя Анжелика дю Кудрэ. Изготовленная из настоящих человеческих тазовых костей, хлопка и ремней конструкция представляла собой полноразмерный манекен женщины с досконально проработанной областью таза. Она носила лаконичное название «машина» и предназначалась для отработки навыков акушерского мастерства. С помощью изменения натяжения ремней медики имитировали осложнения во время родов и анатомически узкий таз. К манекену женщины прилагался манекен младенца с подвижными суставами и характерными для ребенка выпуклостями и впадинками на теле.

«Машины» настолько поразили короля Франции Людовика XV, что он издал указ, согласно которому Анжелика Дю Кудрэ назначалась ответственной за обучение акушерок. Позднее такие симуляторы появились в Японии, Германии и Великобритании. Новых разработок не происходило из-за недостаточного технологического развития – до середины ХХ столетия учебные манекены применялись только для обучения акушерок и их помощниц.

Франция, XVIII век. Фото: medium.com

Самая целуемая утопленница

В 1957 году анестезиолог Петер Сафар разработал систему сердечно-легочной реанимации, которая заключается в правильном непрямом массаже сердца путем движения грудной клетки и интервальном искусственном дыхании «рот-в-рот». Благодаря этому спустя три года был создан механический манекен-симулятор «Воскреси Анну». Создатель манекена – норвежец Осмунн Лердал, владелец крупной компании по изготовлению игрушек из мягкого пластика. На разработку симулятора его подтолкнули личные мотивы – в 1955 году во время прогулки его маленький сын Торе сорвался в водоем и начал тонуть. Мужчина бросился вслед за ним, но достал из воды уже практически безжизненное тело мальчика.

Отчаявшийся отец понял, что медлить некогда, на счету каждая секунда. Кое-как он прочистил дыхательные пути ребенка. Мужчина действовал интуитивно, по ходу дела вспоминая инструкцию из пособия по оказанию первой помощи. Интуиция не подвела, и мальчик, откашляв воду, очнулся. Когда в компанию Осмунна Лердала обратились с предложением создать манекен для отработки навыков сердечно-легочной реанимации, он решил заняться этим вопросом лично.

Сначала Лердал разработал туловище, идентичное человеческому, из мягкого пластика телесного цвета, и только потом задумался над лицом. Мастер хотел, чтобы манекен выглядел максимально естественно. По его мнению, намного приятнее оттачивать навыки на манекене с женским лицом. Тогда мужчина вспомнил о посмертной маске незнакомки, которая висела в доме его бабушки.

Фото: vestnik.az

Девушка была музой французских поэтов. Ее тело обнаружили в Сене в конце XIX века и доставили в морг для дальнейшего расследования. В то время около двух третей трупов, которые доставляли в парижский морг, были утопленниками, извлеченными из Сены, поэтому тела выставляли в специальной витрине. Любой прохожий мог рассмотреть и попытаться опознать их. Девушку не опознали, но дежурный патологоанатом был настолько очарован ее красотой и замершей на лице полуулыбкой, что заказал посмертную маску. Вскоре она появилась в продаже и стала символом вдохновения художников, писателей и поэтов как «утонувшая Мона Лиза». Под ее чары попали Райнер Мария Рильке, Луи Арагон, Владимир Набоков и изготовитель игрушек Осмунн Лердал. Так в стенах норвежской мастерской появился манекен под названием «Воскреси Анну» или, как ее еще называют, «Оживленная Анна» с лицом французской утопленницы.

Изначально манекен был очень примитивным и выполнял только одну функцию – обучал спасателей методу «рот-в-рот», когда спасатель прижимает свой рот ко рту жертвы и вдыхает в нее воздух. В связи с этим «утонувшая Мона Лиза» получила титул самой целуемой девушки в мире, ведь она использовалась при обучении оказанию первой помощи более 400 миллионами людей. Этот манекен популярен и в наши дни, а его конструкция намного усложнилась: Анна имитирует спонтанное дыхание, пульс, непроходимость дыхательных путей, голос, звуки, артериальное давление и сердцебиение. Ее используют не только для тренировки техники искусственного дыхания. На Анне упражняются в установке капельниц, проведении дефибрилляции (запуска сердца с помощью электронных импульсов), освобождении из-под завалов и ампутациях.

Фото: vestnik.az

Манекен с больным сердцем

Оттачивать мастерство нужно не только во время экстренной реанимации и спасательных работ, но и при постановке диагноза, поэтому в 1965 году был разработан первый робот-пациент под названием «SIM One». Симулятор в виде лежащего пластикового манекена воспроизводил симптоматику различных заболеваний с имитацией дыхания, биения сердца, пульса, диаметра зрачков, которые расширялись или сужались в зависимости от вводимых лекарственных средств. Его использовали для практики эндотрахеальной интубации (размещение трубки для поддержания дыхания непосредственно в трахеях) и введения анестезии. Управляли им с помощью специального пульта с командами.

Спустя три года его последователь, робот-симулятор по имени Харви, разработанный кардиологом Майклом Гордоном из Университета Майами, был способен воспроизводить до 25 кардиологических заболеваний благодаря изменению характера сердечного шума, сердцебиения и дыхания. Для этого в туловище Харви были установлены кулачковый механизм, который совершал вращательные движения, металлические рычаги и звуковая карта.

Виртуальная операционная по заказу военных

Отдельной дорогой шла разработка симуляторов для проведения полноценных хирургических операций. Здесь инициаторами и главными программистами были специалисты вооруженных сил США. В конце 80-х годов прошлого столетия они начали развивать программу спасательных медицинских роботов TraumaPod, в которых предполагалось совмещение эвакуационной, диагностической и лечебной программ с минимальным участием человека. Эта машина должна была эвакуировать раненного на поле боя солдата в безопасное место и оказать необходимую помощь, либо сразу же доставить его к хирургу. Управление компьютером велось дистанционно – камеры передавали информацию на экраны мониторов. В настоящее время все еще ведутся разработки по усовершенствованию этого робота.

Читайте также из рубрики Наука: Отставить крушение: российские ученые смогут предотвращать авиакатастрофы в условиях обледенения

Важным стимулом к созданию симуляторов стало развитие лапароскопической хирургии – метода операций через небольшие (обычно до 1,5 см) отверстия. Хирургам нужно было приобрести новые, более аккуратные моторные навыки, чувство глубины и координации «глаза-руки». Первый тренажер, который стал не только качественным инструментом в подготовке хирургов, но и успешным коммерческим проектом, был симулятор MIST. Контроль работы велся с помощью экранов, а по завершении операции даже не накладывали швы, настолько маленькие были разрезы. В качестве «джойстика» использовали два макета инструментов для проведения операции. Хирурги учились ориентироваться в организме, глядя только на монитор компьютера.

Фото: botkinmoscow.ru

Палата в виде станции метро

В России роботы-симуляторы появились в 2008 году. Самым приоритетным направлением является создание гибридных тренажеров. Они позволяют отрабатывать совместные действия врачей и медсестер различных специализаций. В России разработкой и производством роботов занимается компания «Эйдос-Медицина» в Казани. В 2013 году правительство Татарстана и «Эйдос» создали полноценный центр медицинских симуляторов «Центр медицинской науки». Отечественную технику используют не только в российских, но и в японских и турецких клиниках.

Единая система организации обучения на медицинских симуляторах еще не разработана, однако все движется к сбору симуляторов в единые учебные подразделения. Например, на базе московской больницы им. Боткина работает крупнейший в Европе симуляционный центр по подготовке и переподготовке специалистов.

На 2000 кв. метров расположены 200 современных симуляторов для 50 различных направлений, среди которых педиатрия, хирургия, кардиология и другие. В центре работают не только врачи, но и специально обученные актеры, которые помогают имитировать чрезвычайные ситуации, воспроизводить симптомы болезней и создавать атмосферу погружения, пока интерны занимаются отработкой навыков.

Палаты в клинике нестандартные. Например, за дверью с табличкой «Медицина катастроф» находится станция метро. Согласно сценарию, на ней только что с рельсов сошел поезд, а на перроне лежит тяжело раненный пассажир – манекен-симулятор «Умник».

На станции, как и полагается, царит хаос: инженер включает звуковые и визуальные спецэффекты, а врачи в полной темноте спасают пассажира. «Умнику» делают непрямой массаж сердца и искусственное дыхание, а затем дают разряд дефибриллятором. Прибор представляет собой генератор мощных электрических импульсов, которые предназначаются для лечения тяжелых нарушений сердечного ритма. Специальные металлические пластины прикладываются к сердцу, и грудная клетка «Умника» поднимается от поступивших электрических импульсов. Если световой индикатор на его поясе загорается, то пациент будет жить.

Фото: botkinmoscow.ru

Красавчик с голубыми глазами

Самый продвинутый робот в центре – это HPS (Human Patient Simulator). С ним работают анестезиологи-реаниматологи. Рост «пациента» – 180 см, вес – 75,7 кг. У него голубые глаза и волосы песочного цвета. HPS дышит, то есть потребляет кислород и выдыхает углекислый газ, моргает и даже говорит, а его зрачки реагируют на свет и лекарства – расширяются и сужаются. Врач может послушать сердцебиение и нащупать пульс там же, где у человека – на запястье, шее и т.д.

Под кремниево-уретановой кожей находятся электрические, механические, гидравлические и пневматические устройства. Кровеносная система робота-симулятора состоит из шлангов, которые играют роли вен и артерий, а вместо крови течет подкрашенная вода. Дыхание моделируют воздушные подушки в груди, которые поднимаются и опускаются благодаря пневматике. У робота есть температура тела и кровяное давление, они изменяются.

Робот способен мочиться, в комплекте с ним поставляются два набора гениталий – имя, возраст и пол пациента выбирает преподаватель. Он же записывает «жалобы» и составляет историю болезни. Делается это на компьютере, робот присоединен к нему проводами. Лекарства «вводят», считывая сканером штрих-код на упаковке или шприце. Робот реагирует на 60 препаратов, компьютер определяет реакцию и посылает сигнал в «тело».

Фото: botkinmoscow.ru

В соседней палате оборудовано гинекологическое отделение, в нем день за днем рожают Ноэль и Люси. В глазах Люси установлены жидкокристаллические экраны, она говорит на двух языках. Ноэль не такая продвинутая, но обе «пациентки» кричат, плачут и просят обезболивающего, как настоящие женщины во время схваток. Чтобы не подвергать опасности пациенток и не смущать их своим массовым присутствием, будущие врачи отрабатывают различные сценарии на роботах.

Каждый из таких «пациентов» может проигрывать сотни сценариев и испытывать как молодых, так и опытных врачей на скорость реакции и качество знаний. Практика показывает, что люди, которые прошли симуляционное обучение, осваивают медицинские навыки в восемь раз быстрее, чем те, кто сторонится помощи роботов, поэтому скоро такое обучение станет обязательным.