Как развитие датчиков преобразит роботизированную хирургию будущего

В статье представлен краткий обзор доклада доктора Марджори Вильен (Marjorie Villien), специалиста по анализу технологий и рынка в Yole Développement, на конференции Medisens Conference, 2018¹. В докладе доктор Вильен рассказала о том, что такое сенсорные технологии сегодня и в каком направлении они будут развиваться дальше.

Датчики — основные инструменты реализации технологии медицинской робототехники

Для функционирования робототехники и реагирования на окружающую среду требуются десятки датчиков: датчики положения и датчики момента для сочленений, гироскопов и акселерометров для позиционирования и движения частей; датчики давления, изображения и т. д.

Их можно разделить на две группы (рис 1):

• датчики, которые служат основными инструментами реализации взаимодействия человека и машины;
• датчики, которые разработаны непосредственно для использования в сфере медицинской робототехники².

В отрасли роботизированной хирургии робот выполняет функцию рук и глаз хирурга. Хирургам нужна технология, позволяющая им «чувствовать» ткани тела на расстоянии (этот процесс называется «тактильное чувствование»), а также улучшенное качество оптического изображения. Эти запросы можно удовлетворить с помощью новых типов датчиков: осязательных датчиков и камер высокого разрешения с детекторами ПЗС или КМОП.

Производство оборудования для медицинской визуализации — это массивный рынок стоимостью 35 млрд долларов и прогнозируемыми +5,5 % совокупного темпа годового роста в следующие 5 лет.

Оборудование для медицинской визуализации включает рентгенографию (общую радиографию, компьютерную томографию, снимки зубов и т. д.), молекулярную визуализацию (преимущественно позитронную эмиссионную томографию (ПЭТ) и однофотонную эмиссионную компьютерную томографию), эндоскопию, оптическую когерентную томографию и ультразвуковую визуализацию.

Сенсорные технологии лежат в основе систем медицинской визуализации. Рынок твердотельных датчиков, включающий детекторы с ПЗС-матрицей (ПЗС), контактные датчики изображения (CIS), плоскопанельные детекторы на аморфном кремнии (a-SI FPD) и аморфном селене (a-Se FPD), твердотельные кремниевые ФЭУ (Si-ФЭУ), а теперь еще и емкостные ультразвуковые МЭМС-трансдьюсеры (cMUT) и пьезоэлектрические ультразвуковые МЭМС-трансдьюсеры (pMUT), достиг уровня 350 млн долларов США в 2016 году и, как ожидается, вырастет на +8,3 % совокупного темпа годового роста в период с 2016 по 2022 годы, составив 600 млн долларов США к 2022 году³.

Тактильная чувствительность — это свойство, которое особенно нужно врачам в отрасли роботизированной хирургии. Из пяти чувств осязание является самым искусным и единственным, способным на одновременный ввод и вывод сигнала. Пока надежные решения в области обратной тактильной связи в сфере робот-ассистированной минимально инвазивной хирургии находятся в процессе разработки. TransEnterix стала первой, кто предложил хирургического робота со способностью к обратной тактильной связи. Компания только приступает к промышленному выпуску продукта.

Как медицинская робототехника меняет систему здравоохранения?

На отрасль здравоохранения робототехника начала оказывать влияние лишь в последние 25 лет. В отличие от промышленных или потребительских роботов применение медицинских роботов сталкивается со сложностями, связанными с регламентированием или организацией здравоохранения: с политикой возмещения расходов, затратами на организацию нового производства и различиями систем здравоохранения.

Рынку роботизированной хирургии предстоит пережить впечатляющий среднегодовой темп роста на 17 %: с 3,4 млрд долларов США в 2016 году до 8,8 млрд долларов США в 2022 году.

До недавнего времени двумя крупнейшими препятствиями для внедрения робот-ассистированной хирургии были, во-первых, стоимость и, во-вторых, обучение. Роботизированная хирургия все еще очень дорогостоящая, что может сделать ее непозволительной роскошью для многих больниц и медицинских центров. Однако результаты исследований показали, что при использовании роботизированной хирургии сокращается количество травм и время восстановления после операций. Чем больше знаний об использовании роботов получают хирурги, и чем больше медицинских роботов выпускают компании, тем ближе день, когда роботы будут использоваться почти во всех больницах. Каждый «участник» видит в данной технологии добавленную стоимость: минимальная инвазивность для пациента, расширенные возможности в области микрохирургии и точность для хирурга, а также рентабельность для системы здравоохранения благодаря сокращению времени, необходимого для восстановления пациентов (рис 3).

Что дальше?

В результате демографических изменений во многих странах системы здравоохранения сталкиваются с возрастающей нагрузкой, поскольку им приходится обслуживать стареющее население. Эта тенденция будет способствовать росту рынка оборудования и робототехники, призванных решать как рутинные, так и сложные медицинские задачи. Для производителей датчиков это означает наличие перспективного рынка с прогнозом устойчивого роста в ближайшие 5-7 лет.

¹Source: — Powered by Sense Media Events — https://medisens-conference.com/2018/01/22/how-sensor-technologies-will-transform-the-surgical-robot...
²Отчет о медицинской визуализации при помощи твердотельных датчиков, Yole Développement, 2017 г.
³Отчет о технологии медицинской робототехники и анализе рынка, Yole Développement, 2017