Живое сердце механического скальпеля: анализ рынка медицинской робототехники

Медицина будущего. Какой она будет? Сегодня практически все сферы человеческой жизни претерпевают колоссальные изменения, движителем которых являются новые технологии. Искусственный интеллект и роботы все теснее сплетаются с человеком, помогают ему в самых сложных и опасных делах, а иногда и заменяют его полностью. Но в медицине к роботизированным системам относятся с осторожностью. Причем как врачи, так и сами пациенты.

Причина этого заключается в том, что в основе медицины, в первую очередь, лежит известный, наверное, каждому человеку принцип «не навреди», а современные технологии — даже те, которые уже можно использовать в реальной работе — относительно слабо изучены, чтобы считаться на все 100% безопасными для пациентов.

Кто пустил робота в операционную?

Мировой рынок медицинских роботизированных систем, включая необходимые для их работы компоненты, в 2022 году оценивался более чем в $13,5 млрд. По данным Data Bridge Market Research, к 2030 году этот показатель может превысить $45 млрд.

Если же говорить только о роботах, как о конечных изделиях, то, согласно исследованию Global Market Insights, объем рынка в 2022 году превысил $9,5 млрд, а в период с 2023 по 2032 годы будет расти в среднем на 17,5% ежегодно. Этот рост обусловлен, в частности, такими факторами, как активное распространение хронических заболеваний и инфекций, связанных с оказанием медицинской помощи.

Последнее сильнее всего проявилось во время пандемии коронавируса, который активно переходил от пациентов к медицинскому персоналу и обратно. Кроме того, из-за роста количества пациентов растет и уровень общей усталости медицинского персонала, то есть вероятности врачебных ошибок.

Особое влияние эти факторы оказывают на хирургию, где важно обеспечение стерильности и высоки риски, связанные с человеческим фактором. Возможно, именно поэтому 63% всех производимых в 2022 году медицинских роботов пришлось на хирургических. Роботы также позволяют осуществлять минимально инвазивные операции (лапароскопия), характеризующиеся меньшими повреждениями тканей и периодом восстановления.

Технологии повышают точность операций, обеспечивают более высокий уровень контроля и визуализации процесса, позволяя хирургам добираться до самых труднодоступных мест, и, что немаловажно, повторять одни и те же действия с одинаковыми качественными показателями множество раз.

Второе место по количеству изделий занимают реабилитационные роботы. Преимущества роботизированного восстановления пациентов перед традиционным были показаны во множестве исследований, среди которых работы Гонконгского физиотерапевтического журнала и британской Cochrane Collaboration — НКО, которая занимается изучением эффективности методов лечения.

В обоих исследованиях рассматривались случаи пациентов, перенесших инсульт. И в обоих случаях пациенты, которые проходили реабилитацию с помощью роботизированных систем, впоследствии показывали лучшие результаты при самостоятельной ходьбе.

Эффективность хирургических и реабилитационных роботов, повышение скорости и безопасности работы медицинских организаций благодаря внедрению вспомогательных роботизированных систем и систем искусственного интеллекта обеспечивает развитие отрасли, но есть и ряд сдерживающих факторов. Главный из них — стоимость.

Американская ассоциация акушеров и гинекологов, например, рекомендовала использовать роботов при гистерэктомии — удалении матки — только в необычных и сложных клинических случаях, потому что повсеместная роботизация увеличит ежегодную стоимость этой процедуры только в США на $960 млн.

Средняя стоимость каждой роботизированной хирургической операции в 2018 году оценивалась более чем в $3,5 тысячи, согласно данным Американской медицинской ассоциации, сообщается в исследовании Markets and markets.

Сами роботизированные системы тоже, мягко говоря, не дешевые. Самая распространенная в мире роботизированная хирургическая система da Vinci от американской корпорации Intuitive Surgical, которая используется в сотнях клиник по всему миру, в том числе и в России, стоит от $1 млн до $3 млн.

А установка CyberKnife компании Accuray, предназначенная для особо точной лучевой терапии и радиохирургии, — от $4,2 млн до $5,2 млн. Ежегодное техническое обслуживание таких систем в среднем приближается к $100 тысячам.  

Вместе с тем по всему миру сокращаются расходы на медицину, что приводит не только к увольнению персонала, но и замедлению темпов модернизации оборудования. Следует отметить, что, несмотря на это, разработки новых решений для медицины активно финансируются, а производители, стремясь удовлетворить потребности растущего рынка, стараются сделать свою продукцию более доступной для потребителей.  

Быстро и не больно

Наиболее активно медицинская робототехника развивается в Северной Америке. Именно там, в канадском Ванкувере в 1985 году была произведена первая в мире операция с участием робота: аппарат Arthrobot помогал позиционировать и удерживать ногу пациента во время артроскопической хирургической процедуры. За первые 12 месяцев робот принял участие в 60 операциях.

Но мировой лидер в области производства и внедрения медицинских роботов — США. Именно здесь сконцентрировано самое большое количество крупнейших игроков рынка, включая уже упомянутую корпорацию Intuitive Surgical, разработавшую da Vinci.

По информации самой компании, уже более 60 тысяч хирургов по всему миру прошли обучение использованию системы и провели с ее помощью более 10 млн операций. В России систему в первый раз успешно использовали в 2018 году в Национальном медико-хирургическом центре им. Н. И. Пирогова. Врачам удалось с успехом выполнить удаление грыжи грудного отдела позвоночника с компрессией спинного мозга. 

Сегодня в России установлено 25 da Vinci: в Москве, Санкт-Петербурге, Уфе, Ханты-Мансийске, Екатеринбурге, Новосибирске, Тюмени, Краснодаре, Ростове-на-Дону и на о. Русский.

Da Vinci представляет собой комплекс из трех аппаратов: консоли управления, с помощью которой хирург подает команды четырехрукому манипулятору, и стойки, обеспечивающей связь между консолью и манипуляторами и поддержку 3D-зрения высокой точности. Сами манипуляторы могут совершать те же действия, что и человеческая рука, но они значительно меньше и обладают большим диапазоном движения.

Intuitive Surgical также разработала систему Ion, которая предназначена для малоинвазивной биопсии легких. Особую точность процессу сбора легочной ткани придает интеграция Ion с мобильной системой визуализации Cios Spin компании Siemens Healthineers. Cios Spin выполняет 3D-сканирование и автоматически отправляет данные в систему Ion, позволяя оператору более точно позиционировать катетер последней в легких пациента.

Но, несмотря на свою известность и широкую географию применения продукции, Intuitive Surgical занимает только четвертое место в списке крупнейших производителей медицинских роботов. Абсолютным лидером является американская корпорация Stryker. Она специализируется на ортопедических и нейротехнологических решениях, используемых, например, для операций на суставах и установки спинальных имплантов.

Один из ключевых продуктов Stryker — роботизированный комплекс Mako SmartRobotics. Он объединяет в себе системы 3D-компьютерной томографии, тактильной системы (роботизированной руки) AccuStop и технологию аналитики данных на основе искусственного интеллекта.

AccuStop обеспечивает более чистые резекции костей и мягких тканей, чем при использовании ручных инструментов. Искусственный интеллект, в свою очередь, позволяет хирургам еще до первого разреза максимально точно спланировать операцию и позиционировать роботизированную руку. Mako SmartRobotics может использоваться для полной или частичной замены коленного и полной замены тазобедренного суставов.

Системы, разработанные Stryker, установлены в клиниках 35 стран мира. В 2022 году с их помощью были проведены более миллиона процедур.

Второе место среди крупнейших игроков — также у США. Речь идет о компании Hansen Medical, флагманским продуктом которой является Sensei Robotic System. Это устройство представляет собой роботизированный катетер, используемый для проведения сердечно-сосудистых операций. Система проводит катетеры через управляемый роботом интродьюссер (полую трубку) в сосудистую систему пациента, позволяя врачам получить доступ к самым труднодоступным участкам сердца.

Европейская робототехника не отстает от североамериканской. На это, как минимум, указывает то, что третья в списке крупнейших компании отрасли — Zimmer Biomet Robotics, базирующаяся в Монпелье, Франция. Главная разработка компании — ROSA (Robotic Surgical Assistant).

Эта роботизированная система используется в операциях на головном мозге, позвоночнике и коленном суставе. ROSA представляет собой роботизированную руку, которая использует датчики силы крутящего момента, благодаря чему создается бесшовный интерфейс между руками хирурга и манипулятором.

Еще один крупный игрок — CMR Surgical из Великобритании. Флагманом компании является роботизированная хирургическая система Versius. Робот также обеспечивает высокую точность при лапароскопии благодаря технологии V-Wrist (V-образное запястье), обеспечивающей движение манипуляторов на 360° и семь степеней свободы, как и у человеческой руки.

Здесь стоит пояснить, что системы, о которых говорилось выше, имеют только шесть степеней свободы. Грубо говоря, речь идет о возможностях движения и вращения независимо в разных плоскостях. Кроме того, по словам самих разработчиков, V-Wrist позволяет сделать Versius максимально компактным, а значит подходящим для работы практически в любых операционных.

Сделано в Китае

Активно развивается разработка и производство медицинских роботов в Китае. Например, продукция пекинской Tinavi Medical Technology. Ее хирургический ассистент Phecda принял участие в первой в мире операции на верхних шейных позвонках, проведенной с помощью робота. А первым одобренным для применения внутри Поднебесной китайским лапароскопическим роботом стал MicroHand S, разработанный Тяньцзиньским университетом и производимый компанией WEGO. Это произошло в 2021 году.

И уже на следующий год созданная Shanghai MedBot система SkyWalker первой среди китайских разработок получила одобрение Управления по санитарному надзору США. 

Импульс развитию медицинской робототехники в КНР дала государственная программа «Сделано в Китае». WEGO MicroHand S, по сути, ярчайший пример успехов Поднебесной на этом поприще. В 2023 году его сравнивали с американским флагманом da Vinci.

В отличие от западного конкурента, MicroHand S использует 3D-очки, а не закрытый монитор, что, по словам производителей, снижает утомляемость врача. Кроме того, робот может управляться по сети 5G, благодаря чему китайские хирурги могут проводить операции пациентам, находящимся в сельской местности. Одно же из главных преимуществ китайского робота — цена. В Китае da Vinci в среднем стоит около $3,5 млн, а MicroHand S почти в два раза дешевле — $1,97 млн.

В январе 2023 года стало известно о том, что четыре китайские компании получили от властей страны разрешение для выхода на мировой рынок. Это значит, что в ближайшем будущем Поднебесная составит серьезную конкуренцию гигантам из США и Европы.

Начало большого пути

Россия пока серьезно отстает от зарубежья в области производства высокотехнологичных хирургических роботизированных систем. Однако в 2019 году в СМИ появилась информация о том, что ученые Московского государственного медико-стоматологического университета им. А. И. Евдокимова совместно с Московским государственным технологическим университетом «Станкин» создали прототип уникального роботизированного хирургического комплекса, главной особенностью которого является возможность проведения автономных операций.

Зарубежные системы, о которых говорилось выше, являются ассистентами, то есть ими управляют хирурги. Российская разработка, по словам создателей, сможет работать самостоятельно по заранее созданной хирургом программе. При этом у живого врача останется возможность в любой момент перехватить управление. Однако после 2019 года информация об этой уникальной разработке в СМИ больше не появлялась.

В том же 2019 году в Первом МГМУ имени И. М. Сеченова сообщали об уникальном российском роботе-травматологе, который по заранее созданному плану может проводить основные этапы операции по тотальному эндопротезированию коленного сустава.

В 2020 году сообщалось о том, что Университет «Иннополис» совместно с Казанским электротехническим заводом работают над созданием медицинского робота. Разработку должны были оснастить четырьмя роботизированными руками-манипуляторами, которыми хирург управлял бы с помощью джойстиков и педалей.

В 2021 году Самарский государственный медицинский университет и российское отделение немецкой KUKA объявили о сотрудничестве с целью создания хирургического робота на базе промышленных манипуляторов KUKA.

Российские разработчики активно создают и внедряют системы реабилитации пациентов и роботов-помощников. Среди последних наиболее интересным является «Ангел» от АО НПО «Сплав».

Совместная с МГУ разработка — автоматизированный лечебно-диагностический комплекс связи и поддержания жизнедеятельности человека. Он способен проводить первичную диагностику, контролировать жизненные показатели и вводить назначенные пациенту препараты по заданному заранее алгоритму.

При этом «Ангел» может передавать данные диагностики врачу на любых расстояниях и, получив одобрение, приступать к лечению: выдаче лекарств, уколам и другим процедурам. «Ангел» может диагностировать травматический и ожоговый шок, отравление, черепно-мозговую травму, лучевую болезнь, геморрагический шок и острое нарушение мозгового кровообращения. С 2018 года «Ангел» используется в МЧС и некоторых региональных учебных учреждениях.

Еще одно решение — разработка компании «Промобот». Робот может давать рекомендации пациентам чуть ли не лучше, чем живой врач. Система использует искусственный интеллект и дает советы на основании данных опроса пациента.

Наиболее активно в России развиваются коллаборативные технологии и роботизированные системы для реабилитации. Например, роботизированный автономный комплекс для проведения ультразвукового сканирования RoboScan.

Система позволяет в автоматическом режиме обследовать пациента, систематизировать полученные данные и сохранить их в формате DICOM, который поддерживается основными производителями медицинского оборудования и программного обеспечения, и провести экспертный анализ этой информации.

Другой пример — роботизированный комплекс для восстановления локомоторных функций кистей рук ОРТЕЗ-1 от НПО «Андроидная техника». Комплекс создан для реабилитации и абилитации людей с нарушениями двигательной активности рук вследствие инсультов, заболеваний центральной нервной системы и разных травм.

ОРТЕЗ-1 стимулирует механизмы нейропластичности мозга, которые активируются при воображении пациентом движений. Для этого пациент проходит специальные мыслительные тренировки, а аппарат двигает его рукой, благодаря чему в мозгу появляются новые синаптические связи.

Разработка ExoAtlet одноименной российской компании имеет более широкое применение. Экзоскелет используется для реабилитации пациентов с травмой спинного мозга, рассеянным склерозом, последствиями инсульта и ДЦП.

Согласно исследованиям, представленным на сайте разработчика, применение ExoAtlet при реабилитации приводит к повышению толерантности к физическим нагрузкам, увеличению силы мышц, повышению устойчивости при ходьбе, уменьшению спастичности, нормализации артериального давления. В первом квартале 2023 года экзоскелетами были оснащены 12 клиник в 10 городах России. У компании есть как взрослая, так и детская версия аппарата.

Российская компания «Моторика» занимается созданием роботизированных протезов, которые могут управляться не только за счет считывания сокращений двигательных мышц культи, но и с помощью периферических устройств.

«НейроЧат» разрабатывает одноименную коммуникативную систему для людей с ограничениями речи и движений. Аппарат регистрирует электрическую активность мозга и по Bluetooth передает информацию специальному программному обеспечению на персональном компьютере. ПО, в свою очередь, соотносит сигналы с нажатием тех или иных клавиш на клавиатуре. После некоторой тренировки человек по буквам может «печатать» на экране текст, по сути, силой мысли.

Крайне перспективно использование роботов для тренировки медицинского персонала. Такие аппараты производит российская компания «Эйдос». В линейке продуктов — роботы-новорожденные, роботы-роженицы, пациенты для эндохирургии. Разработки «Эйдос» могут дышать, потеть, истекать кровью, их зрачки реагируют на свет и «затухают», если пациент умирает. Роботы подходят в том числе для отработки лапароскопических процедур. Симуляторами «Эйдос» пользуются в учебных заведениях Москвы, Твери, Нижнего Новгорода и Челябинска.

Все многообразие мировой и российской роботизированной медицины не ограничивается описанным в этом материале разработками. Но, по мнению автора, общая картина становится вполне ясна — в ближайшем будущем робот врача не заменит. Однако технологии могут стать руками, глазами, даже записными книжками медицинского персонала, снизив его усталость, уровень стресса, сократив количество врачебных ошибок.

Медицина будущего в реальности представляется симбиозом живого человеческого мозга с его чуткостью, гибкостью и холодного, четкого разума машины. Симбиозом, который спасет жизни, которые сегодня спасти нельзя.