Группа ученых из Бостонской детской больницы разработали и успешно испытали на свиньях автономный роботизированный катетер, который способен самостоятельно на ощупь ориентироваться внутри сердца и находить сердечные клапаны. Подробности о проделанной работе исследователи, под руководством Георгиоса Фагогениса (Georgios Fagogenis), опубликовали в Science Robotics. Испытания катетера на автономное обнаружение клапанов проводились на бьющихся сердцах йоркширских свиней.
Современные операции в полости сердца могут проводиться по двум технологиям: малоинвазивной и трансстернальной. В последнем случае доступ к сердцу открывается через разрезанную грудину. Трансстернальное оперативное вмешательство требует длительного восстановительного периода и иногда может быть сопряжено с осложнениями. Малоинвазивное вмешательство обычно проводится с помощью управляемых гибких катетеров, которые заводятся в полость сердца либо через прокол между ребрами и около верхушки сердца, либо через прокол в крупном сосуде, например, бедренной артерии.
Чаще всего малоинвазивные операции сегодня используются для замены одного из клапанов сердца (обычно митрального, который чаще имеет врожденные или приобретенные повреждения), а также при ангиопластике, стентировании, стенозах клапанов и для устранения дефекта межпредсердной перегородки. Восстановительный период после малоинвазивных операций на сердце обычно довольно короток и обычно не доставляет серьезного беспокойства пациентам.
Малоинвазивные операции на сердце как правило сопряжено со множеством сложностей, наиболее серьезной из которых является ориентирование внутри сосудистой сети и в полости сердца. Такие операции проводятся без остановки сердца, и кровяной ток сильно снижает визуальное ориентирование. Контроль продвижения катетера как правило проводится с помощью эхокардиографии, однако такой метод может не давать четкой визуализации: при бьющемся сердце происходит движение тканей и крови, что ухудшает качество изображения.
Гибкий робокатетер, разработанный учеными из Бостонской детской больницы, способен ориентироваться в полости сердца на ощупь, сперва обнаруживая стенку, а затем медленно продвигаясь вдоль нее. Для этого исследователи установили на кончике катетера датчик, измеряющий величину оказываемого на стенки органа давления. Для управления катетером используется алгоритм, разработанный с помощью технологий машинного обучения. Получившаяся система способна отличать мышечные стенки сердца и соединительную ткань, а также исследовать состояние клапанов.
Для испытаний ученые в сердцах нескольких свиней породы Йоркшир заменили клапаны аорты искусственными клапанами. При этом во время замены новые клапаны были намеренно установлены неверно, чтобы имитировать паравальвулярное подтекание, то есть продавливание части крови через зазор между стенкой аорты и самим клапаном. Подобные подтекания могут возникать, например, при инфекционных поражениях зон вокруг искусственных клапанов.
Во время испытаний катетер заводился через прокол ближе к верхушке сердца, после чего его переключали в автономный режим. Затем катетер уже на ощупь самостоятельно обнаруживал клапан. После того, как робокатетер находил клапан аорты, система переключалась в ручное управление, при котором врач-оператор с помощью катетера устанавливал сосудистый окклюдер, устройство, для закрытия щелей между клапаном и сосудистой стенкой. Автономное обнаружение клапана было успешным в 95 процентах случаев, однако точность следования аортальному кольцу при обследовании составляла только 66 процентов.
Исследователи провели серию испытаний, в которых робокатетер находил клапан аорты самостоятельно и в которых за ведение катетера полностью отвечал врач. В целом использование катетера в автономном режиме позволяло ускорить обнаружение клапана. Относительно невысокую точность следования устройства аортальному кольцу, при которой производилось исследование стенок аорты в месте примыкания к клапану для обнаружения подтекания, исследователи объясняют намеренно завышенной чувствительностью датчика. При такой чувствительности катетер производил лишь легчайшие касания стенок.
В ноябре 2017 года ученые из США и Германии представили роботизированное устройство, помогающее сердцу биться. Оно крепится к межжелудочковой перегородке и его мягкие элементы механически сдавливают орган, провоцируя сокращения и расслабления. Устройство успешно испытали на бьющемся свином сердце, анатомически наиболее схожем с сердцем человека.
Иллюстрация к статье:
Обсуждение