С ростом искусственного интеллекта, нейронных сетей и 3D-печати появляется множество примеров будущего медицины, доступных уже сегодня. Разбираемся, какие технологии доступны на рынке здравоохранения прямо сейчас.
Бионический глаз Argus II - инновационное решение, предназначенное для улучшения зрения людей, страдающих тяжелой формой пигментного ретинита. Разработанный американской компанией Second Sight, этот устройство состоит из двух ключевых элементов: имплантата сетчатки и внешней системы, включающей камеру с процессором, интегрированные в специальные очки. Камера записывает изображение в реальном времени, которое обрабатывается и передается по беспроводной сети к импланту. С помощью 60 электродов бионический глаз стимулирует оставшиеся здоровые клетки сетчатки глаза пациента, отправляя визуальную информацию в зрительный нерв. Это позволяет восстановить способность различать свет, движение и формы у пациентов, страдающих этим редким наследственным заболеванием.
Первая операция по установке бионического глаза прошла в 2013 году, а всего в мире уже больше 200 пациентов с Argus II.
Благодаря передовой технологии 3D-печати и новому методу, разработанному учеными из университета Нового Южного Уэльса (Австралия), теперь появилась возможность создавать кости на печатных устройствах.
Этот инновационный гибридный материал состоит из смеси цинка, кремния и фосфата кальция, и используется в качестве временного каркаса, пока человеческие кости естественным образом не восстановятся.
На данный момент данная технология находится на стадии эксперимента, и еще не определены конкретные случаи травм, при которых она может быть применена. Предполагается, что после полного восстановления костей у пациентов напечатанный материал будет удален из организма, и человек сможет вести обычную жизнь. Также возможно, что кости будут сращиваться поверх напечатанного материала.
В дальнейшем ученые планируют использовать эту технологию для полной замены сильно поврежденных костей и суставов, вставляя вместо них напечатанные имплантаты.
Ученые также исследуют возможность использования биопечати для создания мягких тканей, органов, сосудов и даже отдельных клеток человеческого организма. Если ранее получить точную форму клетки или органа было сложно, то теперь этот процесс автоматизирован, хотя требует серьезных исследований и финансовых вложений.
Доктор Лучано Видал вместе с коллегами из Центральной школы Нанта (Франция) в 2020 году провел успешный эксперимент по печати индивидуального каркаса из фосфата кальция для лечения серьезных костных дефектов у овец. Сначала ученые сканировали участок организма с дефектом, а затем создавали персонализированный каркас, анатомически подходящий под это место.
Для использования технологий 3D-печати на людях ученым предстоит решить проблему принятия организмом напечатанных клеток и тканей. При имплантации отдельных органов также нужно будет разработать способы соединения напечатанных сосудов с сосудистой системой хозяина. Однако уже сейчас можно отметить, что биопечать 3D обладает огромным потенциалом и может стать прорывом в современной медицине и здравоохранении.
Биотехнологическая компания Suneris разработала инновационный гель под названием Vetigel, который способен практически мгновенно остановить кровотечение. Этот гель был придуман Джо Ландолином, студентом Политехнического института Нью-Йоркского университета, в 2015 году, когда ему было всего 17 лет.
Vetigel представляет собой сеть независимых полимеров, которые в момент нанесения на рану образуют структуру, действующую как пластырь, а также стимулируют организм к выработке фибрина, отвечающего за свертывание крови.
В настоящее время Vetigel доступен только для ветеринарного применения, однако ученые надеются на получение разрешения для использования этого геля в критических ситуациях, таких как реанимация или военные действия.
Уже сейчас Vetigel можно приобрести на официальном сайте компании всего за $35.
Представьте медицинский осмотр, во время которого врач имеет возможность консультироваться со своими коллегами из разных уголков мира и мгновенно получать доступ ко всей необходимой информации о конкретном органе человека, например, результаты рентгена или МРТ. Такую инновацию уже сегодня предлагает компания Microsoft с помощью своей разработки - Hololens 2.
Hololens 2 представляют собой очки смешанной реальности, разработанные специально для оптимизации работы медицинских специалистов. Эти устройства представляют собой обруч, надеваемый на голову, с линзой и встроенными микродисплеями, создающими голограммы изображений в пространстве. Информация и голограммы, видимые пользователем, могут быть проецированы через проектор, и элементы голограммы могут быть активированы, что позволяет, например, отправлять письма через приложение электронной почты или рассматривать голограмму МРТ пациента с разных сторон.
Кроме того, Hololens 2 обладает функцией отслеживания движений рук пользователя без необходимости использования контроллеров, что позволяет управлять интерфейсами приложений Microsoft Teams с помощью жестов в воздухе. Это инновационное устройство объединяет смешанную реальность с искусственным интеллектом и машинным обучением, что делает медицинские консультации и процедуры более эффективными и удобными для специалистов в области здравоохранения.
Hololens используется не только в бизнесе, но и в медицине, производстве (например, чтобы видеть структуру отдельной детали в виде трехмерного изображения) и обучении. Стоимость на официальном сайте производителя — от $3,5 тыс.
Исследователи из института Макса Планка провели эксперимент с микророботами, которые могут плавать в крови человека.
Эти роботы размером менее 1 мм представляют собой инновационное средство для целенаправленного лечения и доставки лекарств.
Для широкого применения таких технологий ученым предстоит разработать способы сделать микророботов биосовместимыми, чтобы они могли функционировать в организме после введения.
На рынке уже имеются подобные технологии. Например, японские компании Otsuka Pharmaceutical и Proteus Digital Health создали легкоусваиваемые датчики, которые пациент принимает внутрь. Эти роботы могут доставлять препараты, используемые для лечения психических заболеваний, таких как депрессия, биполярное расстройство и шизофрения.
В перспективе сложные хирургические процедуры будут осуществляться с использованием роботических помощников.
Один из наиболее известных роботов-хирургов, Da Vinci, начиная с 1990-х годов, помогает врачам по всему миру проводить сложные операции.
Роботизированные руки Da Vinci оснащены инструментами, которые обладают семью степенями свободы и могут изгибаться на 90 градусов.
С помощью Da Vinci становится возможным проведение сложных операций по удалению злокачественных опухолей, минуя необходимость полного удаления пораженных органов или тканей, как это требовалось ранее. Это достигается благодаря высокой точности работы робота, что позволяет сохранить возможность беременности и родов для женщин после гинекологических операций и удаления опухолей.
Компания Medrobotics, специализирующаяся на производстве роботов-хирургов, представила уникальную систему под названием Flex Robotics System, которая благодаря своей змеевидной конструкции позволяет врачам проводить операции в труднодоступных участках организма.
Умамахесвар Дуввури, глава отделения хирургии головы и шеи в Медицинском центре Университета Питтсбурга, регулярно использует Flex Robotics System для проведения операций на горле, выполняя более полудюжины процедур в месяц.
По словам Дуввури, система Flex так проста в использовании, что студенты-медики могут освоить ее эффективное применение всего за три попытки. Благодаря высокой точности работы, эта система позволяет хирургам проникать в любые участки тела, минимизируя при этом повреждение мягких тканей.
Илья Чех, основатель компании «Моторика»:
Роботы в различных областях будут заменять человека, и хирургия станет одним из первых направлений, где это произойдет. Операция, по своей сути, представляет собой линейный процесс с определенным набором действий и ситуационными вариантами решения сложностей. Стоит отметить, что большая часть возможных сложностей связана с уникальными особенностями человеческого тела, а также с тем, что инструменты и техники, применяемые в операциях, изначально адаптированы для работы человека. Робот-хирург, в свою очередь, может быть спроектирован для эффективного проведения операций с учетом особенностей своей конструкции, что может значительно упростить процесс и снизить количество осложнений.
Аналогичный пример можно привести с беспилотными автомобилями: можно создать робота-водителя, который будет управлять автомобилем, спроектированным для человека, а можно сразу разработать автомобиль, предназначенный для беспилотного управления. То же самое относится и к хирургии: первые роботы-хирурги были созданы для имитации работы человеческих инструментов. Однако современные разработчики, сотрудничая с врачами, рассматривают возможность изменения всего процесса операции с учетом того, что операцию будет выполнять робот.
Развитие бионических протезов представляет собой одно из ведущих технологических направлений в сфере медицины. Благодаря этим протезам люди, лишенные конечностей, могут вести более полноценную жизнь.
Ранее бионические протезы выполняли простые функции, такие как разжатие или сжатие, осуществляемые за счет оставшихся мышц. Однако современные биопротезы стали не просто заменой утраченной опоры, а настоящими функциональными устройствами.
На рынке уже представлены модели с встроенными многофункциональными датчиками и модулями Wi-Fi, что значительно расширяет их возможности.
Однако основной проблемой при разработке и внедрении новейших медицинских технологий остается их высокая стоимость и недоступность для большинства специалистов и обычных людей. Например, в России бионический протез руки может стоить от ₽100 тыс. до ₽1,5 млн., что делает их недоступными для многих нуждающихся.
Илья Чех:
Любая новая технология изначально будет иметь высокую стоимость и быть недоступной для широкого круга пользователей. Однако по мере ее развития она будет становиться более доступной и удешевляться. Этот процесс можно ускорить, например, путем создания высокого спроса на продукт (через субсидии или стимулирование рынка) или путем прямых инвестиций в исследования и разработки, направленные на улучшение технологии и продуктов.
Следующим шагом в развитии протезирования является создание вживляемых интерфейсов, способных считывать сигналы мозга. С использованием таких технологий носители протезов смогут осуществлять широкий спектр действий, таких как совершение покупок в интернете, общение в мессенджерах, передача информации разработчикам протеза, а также выполнение сложных задач.
Например, в 2015 году Агентство перспективных исследовательских проектов в области обороны США (DARPA) провело эксперимент, в рамках которого парализованная женщина управляла авиасимулятором истребителя F-35 с помощью механических рук, которые получали сигналы от ее мозга.
В апреле 2021 года проект Neuralink, основанный Илоном Маском и занимающийся созданием вживляемых чипов, представил видео, на котором макака играет в видеоигру с помощью такого импланта.
Предполагается, что чип будет крепиться за ухо, а от него к мозгу будут идти электроды, всего около 1 500 штук, каждый из которых в четыре раза тоньше человеческого волоса.
Операция по вживлению чипа не сложнее лазерной коррекции зрения. Изначально имплант будет полезен людям с неврологическими заболеваниями, но в дальнейшем планируется запуск массового производства для повышения эффективности мозга с помощью таких чипов.
Российская компания «Моторика» тоже занимается разработкой вживляемых интерфейсов. По прогнозам Чеха, примерно через 20–30 лет технология станет доступной и безопасной для людей.
Наконец, технология, хорошо знакомая многим людям с проблемами зрения — фотохромные линзы. Они не только улучшают видение, но и предотвращают попадание солнечных лучей на сетчатку глаза.
Молекулы фотохромных веществ, встроенные в линзы, реагируют на количество дневного света, попадающего на них. Под воздействием ультрафиолетовых лучей молекулы меняют свою структуру, затемняя линзы и блокируя солнечный свет. Когда воздействие ультрафиолета прекращается, молекулы возвращаются к исходному состоянию, и линзы снова становятся прозрачными.
Ранее фотохромные линзы применялись только в очках, однако сейчас на рынке доступны и контактные линзы с интеллектуальной чувствительностью к свету. Они активно фильтруют солнечный свет, обеспечивая защиту от ультрафиолетового излучения, и автоматически адаптируются к изменяющимся условиям освещения в помещении и на улице.
Текст
Василий Рябов