Робокатетер навчився шукати серцеві клапани на дотик

Група вчених з Бостонської дитячої лікарні розробили і успішно випробували на свинях автономний роботизований катетер, який здатний самостійно на дотик орієнтуватися всередині серця і знаходити серцеві клапани. Подробиці про виконану роботу дослідники, під керівництвом Георгіоса Фагогеніса (Georgios Fagogenis), опублікували в. Випробування катетера на автономне виявлення клапанів проводилися на серцях йоркширських свиней.

Сучасні операції в порожнині серця можуть проводитися за двома технологіями: малоінвазивної і трансстернальної. В останньому випадку доступ до серця відкривається через розрізану грудину. Трансстернальне оперативне втручання вимагає тривалого відновлювального періоду і іноді може бути пов'язане з ускладненнями. Малоінвазивне втручання зазвичай проводиться за допомогою керованих гнучких катетерів, які заводяться в порожнину серця або через прокол між ребрами і біля верхівки серця, або через прокол у великій судині, наприклад, стегнової артерії.

Найчастіше малоінвазивні операції сьогодні використовуються для заміни одного з клапанів серця (зазвичай мітрального, який частіше має вроджені або придбані пошкодження), а також при ангіопластиці, стентуванні, стенозах клапанів і для усунення дефекту міжпредсердної перегородки. Відновлювальний період після малоінвазивних операцій на серці зазвичай досить короток і зазвичай не доставляє серйозного занепокоєння пацієнтам.

Малоінвазивні операції на серці як правило пов'язані з безліччю складнощів, найбільш серйозною з яких є орієнтування всередині судинної мережі і в порожнині серця. Такі операції проводяться без зупинки серця, і кров'яний струм сильно знижує візуальне орієнтування. Контроль просування катетера як правило проводиться за допомогою ехокардіографії, проте такий метод може не давати чіткої візуалізації: при серці відбувається рух тканин і крові, що погіршує якість зображення.

Гнучкий робокатетер, розроблений вченими з Бостонської дитячої лікарні, здатний орієнтуватися в порожнині серця на дотик, спершу виявляючи стінку, а потім повільно просуваючись уздовж неї. Для цього дослідники встановили на кінчику катетера датчик, що вимірює величину чиниться на стінки органу тиску. Для керування катетером використовується алгоритм, розроблений за допомогою технологій машинного навчання. Система, що вийшла, здатна відрізняти м'язові стінки серця і сполучну тканину, а також досліджувати стан клапанів.

Для випробувань вчені в серцях кількох свиней породи Йоркшир замінили клапани аорти штучними клапанами. При цьому під час заміни нові клапани були навмисно встановлені невірно, щоб імітувати паравальвулярне підтікання, тобто продавлювання частини крові через зазор між стінкою аорти і самим клапаном. Подібні підтікання можуть виникати, наприклад, при інфекційних ураженнях зон навколо штучних клапанів.

Під час випробувань катетер заводився через прокол ближче до верхівки серця, після чого його перемикали в автономний режим. Потім катетер вже на дотик самостійно виявляв клапан. Після того, як робокатетер знаходив клапан аорти, система перемикалася в ручне управління, при якому лікар-оператор за допомогою катетера встановлював судинний оклюдер, пристрій, для закриття щілин між клапаном і судинною стінкою. Автономне виявлення клапана було успішним у 95 відсотках випадків, проте точність проходження аортального кільця при обстеженні становила лише 66 відсотків.

Дослідники провели серію випробувань, в яких робокатетер знаходив клапан аорти самостійно і в яких за ведення катетера повністю відповідав лікар. Загалом використання катетера в автономному режимі дозволяло прискорити виявлення клапана. Відносно невисоку точність проходження пристрою аортальному кільцю, при якій проводилося дослідження стінок аорти в місці примикання до клапана для виявлення підтікання, дослідники пояснюють навмисно завищеною чутливістю датчика. При такій чутливості катетер виробляв лише найлегші дотики стінок.

У листопаді 2017 року вчені з США та Німеччини представили роботизований пристрій, що допомагає серцю битися. Воно кріпиться до міжшлункової перегородки і його м'які елементи механічно здавлюють орган, провокуючи скорочення і розслаблення. Пристрій успішно випробували на свинячому серці, анатомічно найбільш схожому з серцем людини.