На главную Написать письмо редактору сайта Поиск по сайту
 
 
информационный стоматологический сайт
 
Главная
Новости
Новинки
Статьи
 Ортопедическая
 Терапевтическая
 Зуботехническая
 Имплантология
 Менеджмент
Фотогалерея
Форумы
Конкурс
База
Гостевая
Статистика
Вакансии
Резюме
Запись на прием
СтоматТоп
Справочник
Юмор
Рекламодателям
Поиск по сайту
Контакты
Эксперимент
ДентаВики
Каталог книг
Меценатам
Карта



Новая возможность
- чтобы быть в курсе последних обновлений, Вы можете подписаться на новости нашего сайта.
Подписаться:
E-mail:
 


Рейтинг@Mail.ru





[ 1 ] [ 2 ] [ к списку статей ]

Применение роботов в стоматологии: обзор. Часть 1. Применение робот-ассистированных систем для обучения студентов-стоматологов и специалистов.

Статья опубликована в журнале РОССИЙСКИЙ СТОМАТОЛОГИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ. 2018; 22(6), стр. 314-324.

DOII: http://dx.doi.org/10.18821/1728-2802-2018-22-6-314-324

Авторы:


Уханов М.М.- врач-стоматолог, г. Москва.
E-mail: uhanov1@yandex.ru

http://www.datadental.ru/dent/form_1/
Иващенко А.В.- д.м.н., директор ООО "Инновационный стоматологический центр", г. Самара.
Федяев И.М.- д.м.н., профессор кафедры челюстно-лицевой хирургии и стоматологии ГБОУ ВО "Самарский государственный медицинский университет" Минздрава России.
Яблоков А.Е. - ординатор кафедры челюстно-лицевой хирургии и стоматологии ГБОУ ВО "Самарский государственный медицинский университет" Минздрава России.
Колганов И.Н. - аспирант кафедры челюстно-лицевой хирургии и стоматологии ГБОУ ВО "Самарский государственный медицинский университет" Минздрава России.
Тлустенко В.П. - д.м.н., заведующая кафедрой ортопедической стоматологии ГБОУ ВО "Самарский государственный медицинский университет" Минздрава России.

Введение

В 1921 г. чешский писатель Карел Чапек использовал слово «робот» в своей научно-популярной пьесе «R.U.R» (Rossum’s Universal Robots – первый показ на сцене в Праге 25 января 1921 г.). Этимологическое происхождение слова «робот» можно найти в чешском языке - слово «робота», что означает «принудительный труд» из древнецерковнославянского «работа» или «рабство» [1,2,3].

Первое применение робота в хирургической операции произошло в 1985 г. Робот PUMA 560 использовался для позиционирования иглы для биопсии головного мозга по данным компьютерной томограммы [2,4,5]. В 1988 г. тот же робот выполнил первую хирургическую операцию – трансуретральную резекцию. Одно из основных отличий хирургического робота от шарнирного штатива заключается в том, что плечо робота, фиксирующее рабочий инструмент, соединяется несколькими суставами и движения в каждом суставе высчитываются и регулируются компьютером [5]. В настоящее время в нейрохирургии применяется около 17 различных роботов (PUMA 200, Da Vinci, SOCRATES, Steady-hand Surgery, Neurolocate, Neuromate, Pathfinder, Neuroarm, Spine Assist, Renaissance, iArmS, EXPERT system, iSYS1 Robot, Spinal Robotics, Augmented Reality System, Neurosurgical Laser, ROSA и др.) [6].

В 1994 г. хирургическая роботическая система Automated Endoscopic System for Optimal Positioning (AESOP), разработанная компанией Computer Motion, первая получила в США разрешение на применение в хирургической практике от Food and Drug Administration (FDA). В 2000 г. разрешение от FDA получил самый распространенный на сегодняшний день хирургический робот da Vinci от компании Intuitive Surgical Inc [2]. В 2012 году в мире в различных клиниках работало около 2600 роботов da Vinci, только за 2012 год ими было выполнено 450 000 хирургических операций (из них 2% операции в области головы и шеи) [7]. Согласно отчету компании Intuitive Surgical Inc в 2017 году было выполнено 875 000 операций с применением роботов da Vinci, 4666 операционных оснащены роботами da Vinci (из них 3010 расположены в США) [8].

Робот-ассистированные системы (robot-assisted systems - RAS) – представляют собой комплекс автоматизированных, механотронных, электронно-вычислительных техник, связанных между собой в единую систему.

Проведенный анализ литературных и патентных источников, позволил нам предложить предварительную классификацию диапазона применения робот-ассистированных систем в медицине.

Области применения робот-асситированных систем (РАС) в медицине:

- реабилитационные РАС – механотронные протезы, возмещающие утраченные функции;

-сервисные РАС – системы, позволяющие производить контроль документооборота в медицинских учреждениях, осуществлять наблюдение и контроль за лежачими больными;

-клинические РАС – системы, осуществляющие оперативное вмешательство.

Все робот-асситированные системы предназначены для предоперационной диагностики, а затем терапевтического или хирургического лечения.

При планировании оперативного вмешательства следует учитывать:

1. Совместимость биофизических параметров пациента и технических параметров робот-ассистированной системы;

2. Совместимость получаемой информации, между оператором и робот-ассистированной системой;

3. Совместимость эргономики робот-асситированной системы по отношению как пациенту, так и врачу-оператору.

Современные робот-ассистированные системы оснащены механическими манипуляторами, помогающими снизить негативное влияние человеческого фактора во время лечения. Однако данные современные системы не способны проводить критический анализ сложившейся клинической ситуации. В будущем данные системы будут оснащены искусственным интеллектом. Искусственные нейронные сети будут способны обобщать клиническую информацию, проводить ее критический анализ. На основе получившегося анализа в будущем робот-ассистированные системы будут принимать решения о правильности проведения хирургического вмешательства.

Проведенный анализ литературы позволяет сделать вывод, что современные робот-ассистированные системы не являются полноценными роботами, так как не обладают искусственным интеллектом.

Зарубежом помимо публикаций научных статей о методиках применения роботов в профильных медицинских журналах издается несколько журналов, посвященных роботизированной медицине. Например, Journal of Robotic Surgery выпускается с 2007 года по 4 выпуска в год (https://link.springer.com/journal/11701) и The International Journal of Medical Robotics and Computer Assisted Surgery выпускается с 2004 года по 4 выпуска в год (https://onlinelibrary.wiley.com/journal/1478596x).

Первое клиническое применение робота в области челюстно-лицевой хирургии было выполнено Kavanagh KT в 1994 г. с применением системы Robodoc [9,10].

Первый робот, специально разработанный для применения в челюстно-лицевой области, – это система «Otto», представленная в сентябре 1999 г. [9,11].

Количество научных публикаций о применении роботов в операциях в челюстно-лицевой области резко растет, особенно с 2009 г. (рис. 1) [9].


Рис. 1. Число научных публикаций о применении роботов при операциях в челюстно-лицевой области по данным De Ceulaer и др. [9].

Во-первых, такой резкий рост публикаций связан с тем, что в 2006 году был разработан новый вид хирургической операции c применением робота в области головы и шеи, обладающий значимыми клиническими преимуществами по сравнению с традиционным подходом, – TORS (transoral robotic surgery), а в 2009 году, после ряда публикаций об успешном лечении онкологических заболеваний по методу TORS, FDA выдало разрешение на применение TORS при ранних стадиях заболевания (T1-T2) [12, 13]. Во-вторых, это связано с ростом количества роботов в операционных, и третья причина – рост числа онкологических заболеваний в области головы и шеи из-за эпидемии папилломовируса, а роботы в основном применяются для иссечения опухолей [14].

На начало июля 2018 года в России функционирует 25 роботов da Vinci. Планируется создать учебный центр по роботической хирургии на базе РАН, ведется разработка российского хирургического робота [15].

В 2016 году робот Yomi компании Neocis (США) получил разрешение от FDA на применение в клинической практике при установке дентальных имплантатов [16].

Цель статьи - представить информацию о возможностях применения роботов в стоматологии на сегодняшний день и представить перспективы их использования в будущем.

При анализе научных статей, патентов, информации от фирм производителей нами установлено, что на данный момент область применения роботов в стоматологии не ограничивается только хирургией, хотя именно в этой области произошло наиболее значимое внедрение роботов в клиническую практику, и подразделяется на четыре раздела:

  • использование роботов при обучении студентов и врачей стоматологов,
  • в хирургической стоматологии и имплантологии
  • для препарирования зубов в ортопедической стоматологии
  • применение роботов в качестве функциональных тренажеров.

Применение роботов для обучения врачей-стоматологов

На сегодняшний день внедрение роботов, как симуляторов дополненной и виртуальной реальности, так и физически имитирующих пациента, в процесс обучения врачей стоматологов является желательным и даже необходимым в ответ на изменившиеся этические и социальные запросы общества:

  • пациентов больше заботит их безопасность во время стоматологического приема, и они менее настроены быть «подопытными свинками» на первом клиническом приеме у студента;
  • также студенты-стоматологи испытывают значительный стресс, если первое лечение они выполняют друг на друге;
  • меньше пациентов с простыми клиническими случаями, подходящими для обучения;
  • меньше высококвалифицированных преподавателей, доступных для обучения студентов мануальным навыкам;
  • студенты ожидают внедрение новых технологий в процесс обучения.

Первичное обучение на роботах сделает более плавным и менее сложным переход студентов-стоматологов к клинической практике. Позволит им отработать и закрепить навыки эргономики и инфекционной защиты в безопасных условиях, что в свою очередь, снизит риски неудачи для их первого реального пациента [17, 18,19].

В тоже время было установлено, что виртуальный симулятор не может заменить традиционное обучение с инструктором и должен использоваться только в качестве дополнения [20].

1. Роботы-симуляторы, использующие дополненную реальность и виртуальную реальность для препарирования зубов

Дополненная реальность (AR) – когда 3D виртуальные обьекты интегрируются в реальную 3D окружающую среду в реальном времени. Виртуальная реальность (VR) предлагает пользователям реальность внутри виртуальной 3D модели. Современные стоматологические тренажеры используют и дополненную и виртуальную реальность, с их помощью можно улучшить мануальные навыки, эргономику, координацию глаза-руки; недостатки таких тренажеров – высокая стоимость и наличие уроков, связанных только с препарированием зубов [21, 22].

Примеры роботов-симуляторов

DentSim (США) - виртуальный симулятор DentSim появился одним из первых на рынке в 1997 году. Он был разработан компанией DenX Ltd из Израиля, в настоящее время Image Navigation, располагается в США (https://image-navigation.com/home-page/dentsim/). На сегодняшний день в различных университетах мира установлено 400 симуляторов DentSim. Система состоит из головы фантома, набора стоматологических инструментов (наконечник), инфракрасных датчиков, верхней инфракрасной камеры, монитора и двух компьютеров (рис.2). Инфракрасные датчики сканируют фантом и пластмассовые зубы, передавая информацию на один из компьютеров. Второй компьютер используется для демонстрации обучающей программы. Симулятор позволяет демонстрировать препарирование зубов студентом на мониторе в реальном режиме времени, что позволяет тренироваться и улучшать свои мануальные навыки [23, 24 ,25].

В исследовании Jasinevicius TR и др. (2004) доказано, что применение виртуального симулятора DentSim значительно (в пять раз) снижает время на обучение препарированию зубов при таком же качестве знаний [26].


Рис. 2. Виртуальный симулятор DentSim: A – голова фантома, B – верхняя инфакрасная камера, С – источник света, D – инфакрасный датчик [25 ].

VirTeaSy Dental (Франция) – виртуальный симулятор для обучения студентов-стоматологов, разработанный компанией HRV (рис.3). Содержит программы в области имплантологии, кариесологии, протезирования и эндодонтии, включены реальные клинические случаи (http://www.hrv-simulation.com/en/virteasy-dental/virteasy-dental-savoir-plus.html/).


Рис. 3. Виртуальный симулятор VirTeaSy Dental.

SIMODONT (Голландия) - виртуальный симулятор, выпускаемый компанией Moog (рис.4) (http://www.moogdentaltrainer.com). Программа создана при участии ACTA (Academic Centre for Dentistry in Amsterdam). Для воссоздания реалистичной обстановки обучающийся держит в руках стоматологическое зеркало и наконечник, воспроизводится звук работающего наконечника, изменяется скорость вращения боров и сверел при помощи педали. Программа содержит множество различных уроков и реальных клинических случаев. Кроме того, возможно отсканировать свои инструменты, клиническую ситуацию и создать собственный учебный курс.

Mirghani I и др. (2018) исследовали качество выполнения учебных задач на виртуальном симуляторе Simodont у 289 врачей с опытом работы от 1 до 5 лет [27]. Было выявлено значительное различие между опытными врачами и теми, кто имел опыт не более 1 года. Однако, каких-либо различий между врачами с опытом 3-5 лет не было обнаружено.

В исследовании Bakr M.M. и др. (2014) не обнаружили существенной разницы в психомоторных навыках двух групп студентов второго года обучения (по 20 человек в каждой), при том, что одна из групп прошла вначале обучение по препарированию кариозных полостей на виртуальном симуляторе, а потом на традиционном фантоме, а вторая группа – наоборот [28]. Нужно отметить, что занятие на виртуальном симуляторе длилось всего 30 минут, и большинство студентов (62,5%) считали, что тренировка на симуляторе улучшила их мануальные навыки.


Рис. 4. Виртуальный симулятор SIMODONT: A - симулятор, B - монитор компьютера , C – стереопроектор, D - джойстик, E - наконечник, F – подставка для рук, G – ножная педаль , H – держатель стоматологического зеркала, I - виртуальные очки [24].

Kobra (Швеция) – виртуальный симулятор, разработанный компанией Forsslund Systems (рис.5) (http://www.kobrasimulator.com/). Состоит из тактильного устройства, имитирующего наконечник, большого монитора, 3D стереоочков и ножной педали. Симулятор Kobra предназначен для обучения хирургической стоматологии: удаление зубов, в том числе ретенированных и третьих моляров, операции резекции верхушки корня и т.д. Разработан при участии двух университетов Швеции: Каролинского института и Королевского института технологий.


Рис. 5. Виртуальный симулятор Kobra (Швеция).

Voxel-Man Dental (Германия) – виртуальный симулятор, разработанный компанией Voxel-Man (рис.6) (https://www.voxel-man.com/simulators/dental/). Компания Voxel-Man была создана в 1984 году исследовательской группой под руководством профессора Karl Heinz Hohne из медицинского центра университета Hamburg-Eppendorf для решения проблем 3D визуализации человеческого тела. Стоматологический симулятор позволяет пользователю использовать анимированные боры различной формы на низкой и высокой скорости, которая регулируется ножной педалью. Программа дает возможность рассматривать зубы со всех сторон, используя виртуально стоматологическое зеркало. Изображения зубов, в том числе поперечные срезы, были получены с микротомографий реальных зубов.


Рис. 6. Вид программы виртуального симулятора Voxel-Man Dental (Германия).

Леонардо (Россия) – гибридный симулятор, разработанный российской компанией «ГЭОТАР» в 2017 г., был апробирован на кафедре пропедевтики стоматологических заболеваний РУДН и презентован на стоматологической выставке в Кельне (Германия) IDS2017, одобрен стоматологической ассоциацией России (СтАР) (http://www.leonardo-dental.ru/). В комплект симулятора входит стоматологическая турбинная установка, турбинный наконечник, микромотор, рабочее место ассистента-стоматолога, самодренируемый манекен торса и головы стоматологического пациента со встроенными моделями зубных рядов на металлическом артикуляторе (рис. 7). Датчиками отслеживается расположение в пространстве турбинного наконечника, микромотора, боров, стоматологического зеркала, карпульного шприца. Доступны клинические задачи в области терапевтической стоматологии, ортопедической стоматологии, выполнения местной анестезии.


Рис. 7. Гибридный симулятор Леонардо (Россия).

ASCLEPIA (Россия) – виртуальный симулятор, разработанный компанией Лаборатория виртуальных систем (http://lab-vs.ru ). Содержит два гаптик устройства, создающие тактильные обратные ощущения (рис. 8). Программным обеспечением симулируется работа всеми типами боров по ISO и ГОСТ, а также основными типа бормашин и их наконечников. Число оборотов регулируется ножной педалью. Включено 10 задач из раздела терапевтической стоматологии. Есть возможность создания собственных заданий.


Рис. 8. Виртуальный симулятор ASCLEPIA (Россия).



Далее: [ 1 ] [ 2 ] [ к списку статей ]

Copyright by Dental-revue © 2001