Применение роботизированных технологий в хирургии (обзор литературы)

Competing interests. The authors declare no competing interests.

Funding. This research received no external funding.

Cite as: Parfeev D.G., Morozov A.M., Khorak K.I., Kogan P.G., Zhukov S.V., Aminova A.D., Zhezheleva V.A. Application of robotic technology in surgery (literature review). Bulletin of the Medical Institute “REAVIZ”: Rehabilitation, Doctor and Health. 2025;15(1):30–38.

Актуальность

Роботизированные технологии в хирургии произвели прорыв в области малоинвазивных технологий. Современные роботизированные аппараты, применяемые в хирургии, обладают высокой точностью, функциональностью и эргономичностью, что улучшает прогнозы лечения и повышает качество жизни пациентов [1, 2]. Медицинская робототехника является ключевым фактором в развитии хирургии начиная с 2000 года, когда робот-ассистированные оперативные вмешательства были признаны стандартом для многих хирургических манипуляций [3]. Например, роботизированный комплекс «Da Vinci», один из самых популярных в мире, применяется для проведения не менее 200 тысяч оперативных вмешательств ежегодно. Роботы решают проблему, связанную с техническими сложностями, которые могут возникать во время проведения хирургических вмешательств, повышая точность работы хирургов, снижая риск послеоперационных осложнений и количество ошибок [4, 5]. Операции с применением робототехники в настоящее время применяются во всех областях хирургии, важным преимуществом роботизированной хирургии является возможность проведения операций с использованием телемедицинских систем, что увеличивает доступность качественной медицинской помощи [6].

Цель: оценить возможности применения роботизированных технологий в хирургии.

Материалы и методы

В ходе настоящего исследования был проведён поиск и анализ современных литературных данных отечественных и зарубежных источников по применению роботизированных технологий в хирургии. Поиск литературы осуществлялся в следующих базах данных: eLibrary, PubMed, Google Scholar, Scopus и Web of Science.

Результаты

История создания роботизированных систем, имитирующих или заменяющих человеческие руки, уходит в глубокую древность. В средневековье наиболее близко к этому решению подошёл изобретатель Леонардо да Винчи, идеи которого значительно опередили его время [7–10]. В 1950-х годах роботизированные технологии начали широко внедряться в медицину, по назначению и их можно разделить на несколько категорий:

• 1.    Роботизированные системы для помощи пациентам: а) с целью облегчения жизни пациентов с ограниченной подвижностью (инвалидные кресла, устройства для перемещения); б) с целью помощи пожилым пациентам (роботы, напоминающие о времени приема лекарств (Nursebоt), роботы-компаньоны (RP-6 rоbоt)).

• 2.    Системы для оптимизации здравоохранения: а) лабораторные системы (автоматизированные анализаторы и роботы для обработки образцов); б) диагностические системы (компьютерная и магнитно-резонансная томографии, ультразвуковые сканеры, роботизированные системы для проведения биопсии); в) транспортные системы (роботы-курьеры для доставки лекарств и материалов).

• 3.    Хирургические роботизированные системы: а) полуактивные системы (робот-ассистированные операции), которые управляются человеком и помогают в выполнении операций; б) активные роботизированные системы, которые выполняют отдельные этапы оперативных вмешательств самостоятельно, находясь под контролем хирурга. Таким образом, роботизация в медицине охватывает широкий спектр областей – от помощи пациентам до проведения сложных хирургических операций [11–13].

Первое документально подтверждённое применение в хирургии роботизированных систем было осуществлено в 1985 году, когда в нейрохирургической практике было применено манипуляционное устройство Progrаmmable Universаl Mаnipulation Arm (PUMA) 560 с целью выполнения открытой биопсии головного мозга с КТ наведением [14], однако по данным исследования Домингуеза-Росадо И. и соавт. (2021) статическая картинка затрудняла проведение манипуляции [15]. Согласно данным исследований Кавашима К. и соавт. (2019) и Циачи Ф. (2021), универсальная роботизированная рука-манипулятор позволяла избегать возникновения физиологического тремора — манипуляционное роботизированное устройство PUMA-560 устойчиво к колебаниям даже спустя 10 часов непрерывной работы [16, 17]. Вместе с этим, данная технология, по результатам исследования Сеекампа А. (2023), применялась исключительно в диагностических целях [18].

По данным исследования Пушкаря Д.Ю. и соавт. (2019), в 1988 году состоялся прорыв в хирургии простаты – была создана роботизированная система "Probot", предназначенная для проведения трансуретральной резекции простаты (ТУРП), и в этом же году "Probot" впервые была применена на практике. В предоперационном периоде система строит 3D-модель простаты пациента с чёткой объёмной моделью опухоли, затем хирург намечает границы иссечения, а роботизированная система точно контролирует ход движения резектоскопа [19, 20]. Вместе с этим, Строгонова Л.Б. и соавт. (2020) в своей работе отметили необходимость применения ручного коагулирования простатической ямки в конце процедуры и низкую точность трёхмерных реконструкций увеличенной железы, что ограничило распространение Probot [21]. Однако данной технологии нашлось применение в ортопедическом протезировании, что привело к созданию в 1992 году роботизированной системе Robodoc (IBM) для эндопротезирования тазобедренных суставов, что было отмечено в исследованиях Лин Т. и соавт. (2020), Брассетти А. и соавт. (2023) и Вонга Х. и соавт. [22–24].

В исследовании Лычагина А.В. и соавт. (2023) отмечается, что последующие разработки привели к возникновению более совершенных моделей, способных в автоматическом режиме выполнять этапы протезирования (Caspar system, 2000). Ханс С. и со-авт. (2022) указывают о разработке роботов для полного эндопротезирования коленного сустава, на внедрение которых в клиническую практику потребовалось более 10 лет испытаний и усовершенствований [25–27].

В 1994 году компания Computer Motion представила первого робота-ассистента для эндоскопических операций AESOP (Automated Endoscopic System for Optimal Positioning), получившего сертификацию US FDA. К 1998 году модель 3000 была усовершенствована, имея 7 степеней свободы. Система крепилась к операционному столу и с помощью адаптеров могла удерживать и манипулировать эндоскопом [28].

В начале 1995 года был разработан нейрохирургический робот Minervа, который использовал данные динамического КТ для внесения коррективов в процедуру биопсии в режиме реального времени. Однако Андерсон и соавт. в своем исследовании отметили, что необходимость нахождения пациента в аппарате компьютерной томографии на протяжении всей процедуры существенно ограничивала применение Minervа [29]. Другой нейрохирургический робот – CyberKnife® (Accurаy™, Inc, США), был разработан для проведения сверхточной лучевой терапии злокачественных новообразований головного мозга [30]. Система CyberKnife® представляет из себя роботизированное радиохирургическое устройство. Перед лечением данной системой пациент проходит курс обследований – КТ, МРТ и ПЭТ КТ, целью которых является определение размера, формы и расположения опухоли, затем с помощью системы CyberKnife® определяются количество лучей, длительность и углы облучения. Во время процедуры пациент размещается на процедурном столе с автоматическим позиционированием, и с различных направлений на него испускается 100—200 радиационных лучей по 10—15 секунд каждый [30]. Исследование Динга К. и соавт. (2018) доказывает, что благодаря данной технологии обеспечивается непрерывное слежение, контроль и коррекция перемещений опухоли и пациента в течение процедуры [31], в то же время в работе Шармы Ш. и соавт. (2016) утверждается об облучении высокими дозами радиации с субмиллиметровой точностью [32], и Ихнат П. и соавт. (2018) доказывают минимальное повреждение окружающих здоровых тканей в режиме реального вре- мени [33]. Таким образом, эти две роботизированные системы демонстрируют разные подходы к использованию визуализации в нейрохирургии. Minervа был направлен на точность в режиме реального времени, но ограничен необходимостью нахождения пациента в КТ. CyberKnife®, в свою очередь, использовал комбинацию предварительного планирования и динамической корректировки для достижения высокой точности при облучении [34].

Прорывом в сфере медицины послужило изобретение в 2000 году робота-хирурга «Dа Vinci», который был защищен патентом [35–38]. Робот состоит из двух основных блоков. Первый блок отвечает за выполнение хирургического вмешательства и содержит четыре связанные между собой «лапки», оснащённые хирургическими инструментами, и бинокулярную HD-камеру. Второй блок — это консоль, с помощью которой хирург управляет роботом посредством двух джойстиков и 3D-экрана, связанного с эндоскопом. «Dа Vinci» и в настоящее время является самой совершенной технологией в области эндоскопической хирургии, при применении которой наблюдается минимальная травматизация тканей и кровопотеря, точное выполнение манипуляции с наиболее низкой вероятностью повреждения нервных ветвей и сосудов, что значительно улучшает качество жизни пациентов. Помимо этого, данное высокотехнологичное оборудование даёт возможность доступа в недосягаемые для рук хирурга места фактически через проколы на коже, что позволяет избежать открытых вмешательств. Следует отметить, что робот «Dа Vinci» продемонстрировал наилучшие клинические результаты и наименьшие издержки при оперативных вмешательствах, что отмечается в исследованиях Григорчука А.Ю. (2023) и Брамхе С. (2022) [39, 40].

Следующим значимым этапом в развитии роботизированной хирургии стала дистанционная телехирургия, хирург смог проводить операции дистанционно, управляя роботической системой у операционного стола [41, 42]. Данная концепция была реализована в США, где военные создали прототип, позволяющий оказывать помощь раненым на поле боя, при этом хирург, находясь в безопасном месте, мог дистанционно управлять инструментами и камерой с помощью телевизионной трансляции [43].

В настоящее время доступны две роботизированные системы – ZEUS и Da Vinci, которые позволили реализовать трансконтинентальную телероботохи-рургию. В 2001 году хирурги успешно удалили желчный пузырь пациентке во Франции, управляя системой из Нью-Йорка, находясь на расстоянии 7000 км, а современные средства связи обеспечили передачу сигналов по трансатлантическому волоконно-оптическому кабелю [44].

В настоящее время активно развиваются такие направления, как трансоральная роботическая хирургия и онкологическая хирургия головы и шеи. К 2014 году было опубликовано более 6000 работ по роботической хирургии, установлено более 4000 систем Da Vinci в 1500 медицинских учреждениях по всему миру и проведено 350 000 робот-ассистиро-ванных оперативных вмешательств, наиболее распространёнными из которых стали роботическая радикальная простатэктомия и гистерэктомия [45].

В России первые роботизированные системы Da Vinci были внедрены в 2008 году в урологической практике для проведения радикальной простатэктомии, позже их стали применять и в других областях хирургии. К 2012 году в России было установлено 10 роботизированных систем и проведено более 1500 операций [46], а в 2017 году был создан российский робот-хирург да Винчи, преимуществами которого стали наибольшая точность, наименьший вес и стоимость, что послужило ещё более широкому распространению робот-ассистированных оперативных вмешательств на практике [47].

Исследование Стауффера Т.П. и соавт. (2023) указывают, что выполнение роботизированной колэктомии с помощью современных технологий упрощает выполнение лимфодиссекции на протяжении брыжейки и верхней брыжеечной артерии, однако значительных клинических преимуществ над привычным лапароскопическим методом не было выявлено [48].

Техника трансперитонеальной робот-ассистиро-ванной радикальной простатэктомии (РАРП) была осуществлена с целью раннего восстановления удержания мочи у пациентов с раком простаты [49]. Применённая технология позволила минимизировать травматизацию тканей, окружающих предстательную железу и мочевой пузырь, что повышает функциональные результаты лечения и отмечается в работах Тугсу В. и соавт. (2019), Ракула С.А. и соавт. (2020) и Юхнова Ю.И. (2023) [50–52]. Более того, в своих исследованиях Итинсон К.С. (2020) и Укмез А. и соавт. (2020) отмечают значимость реконструкции опорно-связочного аппарат малого таза с помощью РАРП для более раннего восстановления удержания мочи [53, 54]. Помимо этого, робот-ассистированные технологии находят применение в целях диагностики и лечения гинекологических патологий [55, 56].

Применение робот-ассистированного оборудования при сегментэктомии с пластикой бронха в рамках исследования Шевченко Ю.Л. (2020) способствовало формированию шва с минимально травматичным доступом [57]. Робот-ассистированные оперативные вмешательства при новообразованиях средостения также доказали свою эффективность и были признаны наиболее безопасными и обоснованными методами хирургиче- ских манипуляций [58–60], поскольку позволили избежать значительного доступа области грудной клетки, тем самым улучшив результаты лечения [61].

Робот-ассистированная хирургия при новообразованиях почек также демонстрирует низкий уровень осложнений в послеоперационном периоде и сравнительно высокую возможность функциональной реабилитации поражённой почки [62–64], а исследования Мелерзанова А.В. и соавт. (2020) и Кована Б. и соавт. (2024) указывают на возможность применения малоинвазивного подхода при сложных клинических случаях, мало поддающихся традиционным методам оперативного лечения рака почки [65, 66].

Современные роботизированные хирургические системы в ортопедии включают роботизированную руку, инструменты для резки и технологии навигации с различными типами управления [67]. Задачами данных систем являются точное предоперационное планирование с использованием 3D моделирования, индивидуальный выбор имплантата, виртуальное позиционирование с учётом механических осей конечности и высокоточная резекция кости для правильной установки протеза [68].

Роботизированные системы для хирургии коленного сустава делятся на две группы в зависимости от уровня автономности:

• 1.    Активные роботизированные системы: а) работают автономно, но под визуальным контролем хирурга; б) самостоятельно производят опилы бедренной и большеберцовой кости по предоперационному плану (пример: "TSolutionOne" (THINK Surgical Inc., США)) [24].

• 2.    Полуактивные роботизированные системы: а) помогают хирургу контролировать отклонения от предоперационного плана; б) хирург задает уровни и углы опилов, а саму резекцию выполняет самостоятельно (примеры: "NAVIO Surgical System" (Smith & Nephew, США) и "МAKO Robotic arm" (Stryker Ltd, США)) [69].

"МAKO Robotic arm" а) состоит из датчиков, стойки с инфракрасной камерой и «роботизированной руки»; б) используется КТ-сканирование для планирования; в) система считывает информацию с датчиков, выводя на экран изображение анатомии коленного сустава; г) «роботизированная рука» задаёт углы и уровни резекции, хирург перемещает её по заданной траектории, контролируя давление на пилу; д) отклонения от траектории деактивируют роботизированное устройство; е) основное применение: одномыщелковое эндопротезирование; ж) обеспечивает в 3,1 раза более точные опилы по сравнению с ручным методом [5].

"NAVIO Surgical System" использует портативную платформу с датчиками, инфракрасной камерой и роботической фрезой, при этом датчики фиксиру- ются к бедру и голени, а информация считывается камерами и выводится на экран. Хирург выполняет опилы с помощью роботической фрезы, контролируя перемещение и усилие, при отклонении от траектории останавливают фрезу. Данная система применяется для одномыщелкового эндопротезирования, изолированного протезирования пателофемо-рального сустава и иногда для тотального эндопротезирования, для выполнения оперативного вмешательства применяется интраоперационная навигация, при этом КТ-планирование не требуется, к тому же допускаются миниинвазивные доступы [70].

В целом, роботизированные системы для хирургии коленного сустава повышают точность и эффективность оперативных вмешательств, вместе с этим, точность выполняемых опилов зависит от навыков хирурга и плотности костной ткани, но благодаря роботизированным системам становится возможно минимизировать влияние данных факторов [71, 72].

"TSolution-One" (THINK Surgical Inc., США) – это активная роботизированная система, которая была разработана в 1992 году под названием Robodoc, а затем переименована. В августе 2019 года она получила разрешение FDA для тотальной артропластики коленного сустава. "TSolution-One" работает автономно, самостоятельно выполняя резекцию кости по предоперационному плану, основанному на КТ-сканировании. Хирург планирует операцию, создавая индивидуальный план с параметрами резекции и выбором имплантата, который затем сохраняется на компьютере [73–75]. Исследование Шитз К.Х. и соавт. (2019) наглядно демонстрирует, что система "TSolution-One" стремится к максимально точной резекции кости, минимизируя влияние ручного фактора и индивидуальных особенностей костной ткани [76]. В своей работе Оичиева Б.Р. и соавт. (2024) отмечают, что важным моментом является то, что "TSolution-One" получила разрешение FDA для тотальной артропластики коленного сустава, что подчёркивает её безопасность и эффективность [77].

Заключение

Роботизация в настоящее время получает всё более широкое распространение в разных отраслях медицины, в том числе и в хирургии. Современные роботизированные технологии находят применение при оперативных вмешательствах в ограниченных анатомических областях, где располагаются жизненно важные структуры, способствуют улучшению визуализации оперируемой области, повышая точность действий хирурга и снижая вероятность возникновения осложнений. Снижение хирургической агрессии не только способствует быстрому восстановлению пациентов в послеоперационном периоде, но и позитивно сказывается на долгосрочных результатах лечения.