Нам посчастливилось жить в увлекательное время, когда наука и техника развиваются стремительными темпами и мир меняется прямо на наших глазах. Журнал The Medical Futurist рассказывает об интересных технологиях, которые могут определить облик медицины будущего.
Дополненная реальность
Дополненная реальность (augmented reality) – это технология, накладывающая на изображение окружающей действительности цифровую информацию. Компьютерное устройство (планшет, смартфон или инновационный гаджет) транслирует изображение физического мира в режиме реального времени и дополняет его звуками, видео, графикой, данными GPS-навигатора – всеми необходимыми сведениями. В отличие от виртуальной реальности, дополненная позволяет не терять связь с окружающим миром и оперативно обеспечивает пользователя информацией, нужной для решения стоящей перед ним проблемы.
Как это использовать в медицине?
- Google Glass может стать подспорьем оперирующему хирургу, как уже было доказано Рафаэлем Гроссманом, который первым в мире выполнил операцию при помощи «умных очков». Google Glass — гарнитура для смартфонов на базе Android, разработанная компанией Google. В устройстве используется прозрачный дисплей, который крепится на голову и находится чуть выше правого глаза, с камерой, способной записывать видео высокого качества. Взаимодействие Glass с пользователем осуществляется через голосовые команды, жесты, распознаваемые тачпадом, который расположен на дужке за дисплеем, и систему передачи звука с использованием костной проводимости. Гроссман уверен, что инновации очень скоро сократят информационный разрыв между поставщиком медицинских услуг и пациентом, снизят число врачебных ошибок и затраты на лечение, помогут построить более совершенную систему здравоохранения.
- Гарнитура Microsoft Hololens также проецирует виртуальное изображение на то, что мы видим. Разработанный в первую очередь для игр гаджет может найти применение и в медицине: приложение HoloAnatomy, созданное в сотрудничестве с Case Western Reserve University, позволит студентам изучать анатомию на 3D-модели человеческого тела, а хирургам – видеть проекцию кровеносных сосудов и скелета "сквозь" ткани.
- Благодаря дополненной реальности пациенты смогут точнее описывать свои симптомы, например, офтальмологам придёт на помощь приложение EyeDecide. Оно симулирует влияние того или иного состояния или дефекта на зрение. Вместо того чтобы объяснять, как проявляется катаракта или макулодистрофия, врач наглядно демонстрирует их действие с помощью EyeDecide. Пациент может сравнить свои ощущения с симуляцией и точнее определить свои симптомы и их выраженность.
- Ручной сканер AccuVein проецирует на кожу пациентов, нуждающихся в инъекции, расположение вен. Устройство было использовано в более 10 млн случаев – и оказалось, что с его помощью вероятность попадания в вену с первого укола возрастает в 3,5 раза.
Нейрокомпьютерные интерфейсы
Нейрокомпьютерные интерфейсы помогут многим парализованным пациентам. Различные формы паралича могут быть вызваны травмой или заболеванием центральной нервной системы – например, боковым амиотрофическим склерозом (БАС), от которого страдал Стивен Хокинг. Синдром «запертого человека» (locked-in syndrome) выражается в полном параличе практически всех произвольно сокращающихся мышц (за исключением глазных) и может быть даже перепутан с комой – с трагическими последствиями для пациента. Наладить контакт с парализованным помогают нейрокомпьютерные интерфейсы. В исследовании под руководством Нильса Бирбаумера устройство, основанное на функциональной спектроскопии в ближней инфракрасной области (fNIRS), измеряет уровень кислорода в крови и электрическую активность мозга. Разница в этих показателях позволяет получить ответы «да» или «нет» на вопросы, заданные пациенту.
Другие устройства помогают печатать, заходить в Интернет и даже двигать механической конечностью силой мысли. Например, в ходе эксперимента Case Western Research University два крошечных электрода были имплантированы в моторную кору мозга Билла Кохевара, парализованного ниже шеи из-за травмы. После того как он научился двигать виртуальной рукой на экране компьютера, в его правую руку вживили 36 электродов, контролирующих движения предплечья, локтя, ладони, плеча и запястья. Теперь, стоит Кохевару подумать о движении рукой, сигналы моторной коры декодируются нейрокомпьютерным интерфейсом и превращаются в команды для движений. Эти команды, в свою очередь, преобразуются в паттерны электрических импульсов системой Functional Electrical Stimulation (FES), расположенной в руке. Импульсы передаются в электроды, которые стимулируют мускулы. Система позволила мужчине брать и поднимать вещи, просто отдавая своему телу мысленную команду.
Искусственный интеллект
Несмотря на обоснованные опасения Илона Маска и Ника Бострома, искусственный интеллект может кардинально улучшить качество жизни человека. В частности, суперкомпьютер IBM Watson имеет огромный потенциал во многих областях, и медицина – не исключение. Эта уникальная когнитивная система распознает естественный язык со всеми его неточностями, двусмысленностью и метафоричностью, за считанные секунды обрабатывает огромные объемы информации и находит подходящий ответ. Превосходство искусственного интеллекта над когнитивными способностями человека было продемонстрировано громкой победой IBM Watson над мировыми рекордсменами в телевикторине Jeopardy. Суперкомпьютер поможет врачам ставить быстрые и точные диагнозы и принимать решения – ведь, в отличие от человека, он способен прочитать 40 миллионов научных публикаций за 15 секунд и подобрать индивидуальный курс лечения на их основе!
Корпорация Atomwise использует искусственный интеллект для разработки новых лекарств. По данным Tufts Center for the Study of Drug Development, в среднем на выведение на рынок нового препарата требуется 12 лет и 2,6 млрд долларов. Помощь искусственного интеллекта существенно ускоряет процесс и сокращает традиционно высокие в фармацевтической промышленности расходы. Молекулы образуют сложные структуры, которые взаимодействуют друг с другом как куски 3D-пазла, меняющие свои очертания в зависимости от температуры, солености, близости других молекул и прочих факторов. По словам главы компании Авраама Хайфетса, понимать, как молекулы будут взаимодействовать, – все равно что настраивать радио на нужную волну с помощью миллионов рычагов. Компьютерная обработка информации может стать решением этой сложнейшей проблемы. Глубокая нейронная сеть AtomNet использует специальный алгоритм, чтобы обработать тысячи молекулярных структур и подобрать наиболее подходящие комбинации. За последние два года ей удалось найти потенциальные препараты для лечения 27 заболеваний.
Роботы-помощники
Благодаря стремительному развитию робототехники и соответствующей индустрии роботы давно перестали быть чем-то из области фантастики и вошли в нашу повседневную жизнь.
Робот da Vinci стал одним из пионеров роботизированной хирургии и в настоящее время используется в нескольких сотнях клиник по всему миру. Хирург управляет консолью пациента, которая состоит из 3 рабочих манипуляторов с инструментами и одного с камерой для передачи изображения хирургу.
Необходимость ухода за пожилым заселением делает неминуемым внедрение роботов-помощников в госпитали и дома престарелых. Похожие на огромных медвежат RIBA (Robot for Interactive Body Assistance) и его последователь ROBEAR с помощью высокоточных тактильных сенсоров помогают пациентам перебираться из кровати в кресло-каталку, вставать и переворачиваться. Учитывая, что медицинскому персоналу приходится выполнять эту процедуру в среднем около 40 раз в день, что требует значительных физических усилий и сказывается на здоровье, такие роботы станут настоящим спасением!
Еще один помощник, робот TUG, создан для транспортировки лекарств, экспериментальных образцов, приборов и других объектов, требующих бережного обращения. К тому же он может развозить обеды и постельное белье, выносить мусор и переносить до 453 кг груза, выполняя за человека задачи, которые в среднестатистическом госпитале составляют маршрут в 85 км ежедневно.
3D-печать
В 2013 году полугодовалому Кайба Джионфриддо, страдающему трахеобронхомаляцией – врожденным дефектом дыхательных путей – распечатали "каркас" для слабого бронха. Благодаря этому "корсету" из биоразлагаемого полимера бронх держит форму и мальчик может дышать. На примере Кайба хорошо видны преимущества 3D-биопринтинга, который позволяет создать имплантат, идеально подходящий конкретному пациенту. Также с помощью 3D-принтера можно напечатать макет нужной части тела для подготовки к операции, зубы, кости, протезы конечностей, кровеносные сосуды и даже лекарства. В выступлении на конференции TED Global 2012 Ли Кронин, химик из Университета Глазго, описал 3D-принтер, способный собирать простые молекулы из набора реактивов – "химических чернил" – по сохраненному в компьютере шаблону. Когда-нибудь рутинным мероприятием будет зайти в онлайн-аптеку с электронным рецептом, приобрести необходимый шаблон и "химические чернила" – и распечатать лекарство прямо у себя дома. Конечно, это потребует серьёзных механизмов контроля, ведь теоретически возможно будет распечатать и наркотики, и взрывоопасные вещества. Но нельзя не признать, что 3D-печать преобразует фармацевтическую промышленность, решит проблему органов для трансплантации и сделает протезирование более доступным и совершенным.
Материал подготовлен редакцией портала robot-davinci.ru