Робот-маммолог ощупает грудь в поисках уплотнений

Инженеры Бристольского университета разработали прототип медицинского робота для маммологического обследования. Его манипулятор IRIS с помощью пяти сенсоров и ирисовой диафрагмы выполняет пальпацию молочных желез так же, как это делает врач в поисках уплотнений, которые могут указывать на возможные опухоли. В будущем манипулятор может стать основной для аппаратов быстрой диагностики рака груди. Доклад с описанием манипулятора представлен на конференции RO-MAN 2023.

Ранняя диагностика рака груди может значительно повысить шансы успешного лечения заболевания. При этом наиболее простым, доступным и достаточно эффективным методом обнаружения уплотнений в тканях молочных желез остается пальпация — исследование с помощью ощупывания тела пациента. Однако при использовании этого метода существует неопределенность, связанная с тем, что на результат ручной пальпации даже у обученных специалистов может влиять индивидуальная чувствительность. Автоматизация процесса такого обследования могла бы снизить степень этой неопределенности, значительно улучшив качество ранней диагностики.

Инженеры под руководством Джорджа Дженкинсона (George P. Jenkinson) из Бристольского университета, работающие в этом направлении, создали прототип манипулятора для автоматизации маммологических обследований. Он получил название «механизм радиальной пальпации для обследования груди» или IRIS (robotIc Radial palpatIon mechaniSm). Манипулятор изготовлен из алюминиевых, акриловых и напечатанных из ABS пластика деталей. Он имеет две степени свободы и состоит из пяти сенсоров, закрепленных на вершинах расположенных по окружности штанг. Их длина подобрана таким образом, чтобы эффективно обхватывать молочные железы различных размеров, включая наиболее большие.

Основание манипулятора состоит из двух кольцевых пластин. Они соединены между собой механизмом с радиально расположенными ползунками, на которых крепятся нижние концы штанг с тактильными сенсорами. При вращении пластин друг относительно друга ползунки либо сдвигаются к центру, либо отходят к краю окружности, в зависимости от направления вращения, напоминая работу ирисовой диафрагмы фотоаппарата. При этом противоположные концы штанг либо приближаются друг к другу, либо наоборот отдаляются, позволяя выбирать радиус на котором будут располагаться сенсоры. Также на каждой штанге расположена дополнительная тяга, которая позволяет изменять угол установки сенсора. Таким образом механизм, обладая двумя степенями свободы, позволяет устанавливать сенсоры в разные точки обследуемой выпуклой поверхности.

Инженеры провели испытания пальпации с помощью манипулятора на модели молочной железы, сделанной из силикона по слепку настоящей груди, а также в симуляции на цифровом двойнике этой модели. Для реального эксперимента IRIS закрепили на конце роборуки KUKA, которая позволяет позиционировать манипулятор под нужным углом. Оба эксперимента показали, что пяти сенсоров манипулятора IRIS с площадью контакта каждого сенсора 20 квадратных миллиметра достаточно для покрытия всей площади обследуемой модели. Снижение количества сенсоров приводит к увеличению времени обследования, а дальнейшее увеличение не добавляет эффективности. При этом максимальная сила с которой концы сенсоров воздействуют на объект составила 6 ньютон, что соответствует величине давления около 20 килопаскаль, а комфортная для обследования пациентов величина давления в 10 килопаскаль достигается при силе воздействия три ньютона.

Авторы изобретения надеются, что IRIS поможет дополнить существующий набор методов для ранней диагностики. Приборы на основе этой технологии в будущем, например, могли бы устанавливаться в легкодоступных местах, таких как аптеки и медицинские центры. В дальнейшем, команда планирует дополнить возможности манипулятора алгоритмами машинного обучения и подобрать подходящие сенсоры.

Ранее мы рассказывали про систему для дистанционного проведения эндоваскулярных хирургических операций, разработанную инженерами из MIT. Она состоит из манипулятора с постоянным магнитом на конце и электроприводов для управления движением намагниченного хирургического инструмента внутри кровеносных сосудов. Система позволяет опытному хирургу проводить операции удаленно с помощью пульта управления, контролируя свои действия в реальном времени с помощью рентгеновского аппарата и ангиографии. Это позволяет сэкономить время на транспортировке пациентов из больниц, где нет персонала с подходящей квалификацией, и тем самым повысить шансы на выживание.