Робот для колоноскопии спасёт пациентов от рака

Люди часто отказываются от колоноскопии, которая может их спасти.

Люди часто отказываются от колоноскопии, которая может их спасти.
Фото Global Look Press.

Манипулятор со встроенным магнитом на расстоянии управляет движением колоноскопа.

Манипулятор со встроенным магнитом на расстоянии управляет движением колоноскопа.
Иллюстрация University of Leeds.

Люди часто отказываются от колоноскопии, которая может их спасти.
Манипулятор со встроенным магнитом на расстоянии управляет движением колоноскопа.

Учёные разработали робота для колоноскопии, оснащённого искусственным интеллектом. Пользоваться этой системой так просто, что с этим справится даже неспециалист. При этом новая процедура менее болезненна для пациента, чем её традиционный аналог. Исследователи надеются, что теперь один из самых распространённых видов рака – колоректальный – будет чаще выявляться на ранних стадиях. Это спасло бы множество жизней.

Достижение описано в научной статье, опубликованной в журнале Nature Machine Intelligence.

Нежеланное спасение

Третье место по распространённости среди всех видов рака занимает колоректальный, то есть рак толстой кишки. Он достаточно хорошо поддаётся лечению на ранних стадиях и значительно хуже – на поздних. Тем не менее более половины случаев этого заболевания диагностируется только на поздних стадиях.

Дело в том, что для надёжной диагностики данного недуга требуется колоноскопия. Это процедура осмотра толстой кишки с помощью специального зонда-трубки. Медицинский работник вводит её через задний проход и буквально заталкивает в кишечник пациента.

Во-первых, это больно и неприятно. Требуется местная анестезия, а нередко пациенты предпочитают даже общий наркоз. Из-за болезненности процедуры многие отказываются от профилактического осмотра. Между тем врачи рекомендуют проходить его хотя бы раз в несколько лет всем людям, достигшим 40–50-летнего возраста.

Во-вторых, обследование может быть выполнено только квалифицированным специалистом. А таковых порой не хватает, и на осмотр выстраиваются внушительные очереди.

"Колоноскопия даёт врачам окно в мир, скрытый глубоко внутри человеческого тела, и играет жизненно важную роль в выявлении таких заболеваний как колоректальный рак. Но эта технология оставалась относительно неизменной на протяжении десятилетий", – отмечает глава научной группы Пьетро Вальдастри (Pietro Valdastri) из Лидского университета в Великобритании.

Под управлением магнита

Вальдастри и его коллеги предложили менее болезненный метод колоноскопии. Он состоит в следующем. Внутрь тела вводится не длинная и сравнительно жёсткая трубка, а небольшой прибор, тянущий за собой узкий гибкий кабель. Таким образом, стенки кишечника испытывают давление зонда только в самой точке осмотра, а не по всей длине толстой кишки от этой точки до анального отверстия. Стоит ли говорить, что ощущения пациента при этом должны быть куда менее неприятными.

Однако гибкий кабель – не жёсткая трубка, с его помощью нельзя толкать зонд сзади. Как в таком случае управлять его движением? Разработчики предлагают использовать магнитное поле. Вне тела пациента помещается магнит, который притягивает находящийся в толстой кишке колоноскоп. Передвигая магнит, можно переместить зонд в нужную точку кишечника.

Однако научиться управлять движением прибора таким путём очень сложно. Наш мозг просто не приучен к подобному. Люди и их предки миллионы лет использовали длинные палки, чтобы дотянуться до труднодоступного объекта, и система координации движений приспособилась к решению этой задачи. И всё же, когда орудовать приходится в кишечнике живого человека, это действие можно доверить только профессионалу. А уж к дирижированию движением предметов на расстоянии с помощью притягивающей силы эволюция и вовсе нас не готовила, поэтому данный навык трудно усвоить.

Тем самым новый подход, смягчающий проблему боли, только обостряет проблему нехватки квалифицированных специалистов.

Манипулятор со встроенным магнитом позволяет управлять движением колоноскопа на расстоянии.

Легко и просто

Вальдастри и его коллеги предложили смелое решение. Управлять движением магнита (а значит, и зондирующего кишечник устройства) должен не человек, а робот, оснащённый искусственным интеллектом и системой компьютерного зрения. На разработку устройства специалисты потратили около 12 лет (!).

В новой статье представлены результаты испытания новинки на двух живых свиньях. Напомним, что эти животные по размерам тела вообще и толстой кишки в частности близки к человеку.

Система тестировалась в трёх режимах. Первый – полностью ручное управление. Искусственный интеллект робота бездействует, оператор лично управляет движением колоноскопа с помощью экрана и джойстика.

Второй режим – полностью автономный. Человек только отмечает точку, в которую должен попасть зонд. Передвижением из пункта А в пункт Б управляет искусственный интеллект.

Третий режим – полуавтономный. Робот сам манипулирует колоноскопом, но человек может вмешаться и подкорректировать его решение, если сочтёт необходимым.

В испытаниях участвовали десять добровольцев-операторов, не являющихся профессиональными колоноскопистами. Их задачей было за двадцать минут обеспечить осмотр толстой кишки свиньи в заданной точке. Каждый оператор выполнял задание по пять раз в каждом из трёх режимов.

Отметим, что оба подопытных животных находились под общим наркозом. Кроме того, процедура проходила под наблюдением ветеринара, который мог прервать эксперимент в случае угрозы здоровью хрюкающих созданий.

Как и следовало ожидать, хуже всего добровольцы справились с ручным управлением. Только в 58% случаев цель была достигнута за отведённое время. А вот искусственный интеллект без помощи человека добился успеха в 96% случаев. Но самым результативным режимом оказался полуавтономный: буквально все попытки оказались удачными. А ведь операторы, подчеркнём это ещё раз, не имели в этой области профессиональной подготовки.

Светлое будущее

Исследователи планируют перейти к испытанию своего детища на людях в 2021 или 2022 году. Разработчики надеются, что благодаря ему колоноскопия станет менее болезненной для пациента и менее трудоёмкой для медика.

А это значит, что этой в буквальном смысле жизненно важной процедурой будет охвачено больше людей (желательно все люди зрелого возраста). Вследствие этого колоректальный рак будет выявляться в зародыше, когда с ним ещё относительно легко справиться.

В перспективе этот подход можно распространить и на другие эндоскопические исследования, такие как гастро- и бронхоскопия.

К слову, ранее Вести.Ru рассказывали о первом медицинском роботе, самостоятельно ориентирующемся внутри тела. Писали мы и о роботе для дистанционного сбора анализов на опасные инфекции.