Medycyna kosmiczna na Ziemi
Duża część obecnej telemedycyny i wiele przełomowych odkryć mają… kosmiczne pochodzenie. Stosowane dziś w codziennej praktyce rozwiązania i procedury nierzadko opracowano w trakcie realizacji programów podboju kosmosu, na przykład w NASA. Jakie stoją przed nami wyzwania, co jeszcze z kosmosu trafi na operacyjne stoły.
Telemedycyna, czyli medycyna na odległość, to obecnie jedna z najszybciej rozwijających się dziedzin światowego przemysłu. Powstała już w latach 60. ubiegłego wieku wraz z satelitarną siecią telekomunikacyjną łączącą amerykańskie bazy wojskowe rozrzucone na wszystkich kontynentach ze specjalistycznymi ośrodkami medycznymi USA. Duży wkład informacji wniosły NASA i pozostałe agencje kosmiczne, w których opieka medyczna i monitorowanie stanu zdrowia astronautów z natury rzeczy muszą się odbywać na odległość.
Pierwsze polskie kroki
Rozwój telemedycyny w Polsce koncentruje się głównie na sprawnej organizacji baz danych i niezbędnych systemów kontroli dostępu oraz opracowywaniu i wdrażaniu systemów przesyłania sygnałów EKG i zdjęć medycznych przez telefon, intranet lub internet w celach konsultacyjnych. Od 2001 r. w naszym kraju działa Sekcja Telemedycyny Polskiego Towarzystwa Lekarskiego, której celem jest krzewienie i rozwój tej interdyscyplinarnej dziedziny łączącej medycynę z informatyką i telekomunikacją. Należą do niej znani profesorowie, dyrektorzy szpitali i klinik oraz lekarze różnych specjalności. Sekcja zorganizowała kilka interaktywnych wideokonferencji naukowo-szkoleniowych oraz teleoperacji serca w Centrum Zdrowia Dziecka w Warszawie.
Przyszłość należy do telemedycyny
Jak donosi „Forbes”, przewidywana globalna wartość rynku telemedycyny w 2018 r. wyniesie 21,5 mld dolarów, a leczenie z wykorzystaniem robotów, urządzeń mobilnych i nowych technologii zacznie wypierać klasyczne metody świadczenia usług medycznych. Przewiduje się, że liczba pacjentów korzystających z usług telezdrowia wzrośnie z 350 tys. w 2013 r. do 7 mln w 2018 r.
Prestiżowe ośrodki naukowe wspierają rozwój technologii telemedycznych. Dlaczego? Wyliczmy tylko najnowsze osiągnięcia. W tegorocznej edycji konkursu ogłoszonego przez Massachusetts Institute of Technology tytuł Innowatora Roku 2016 otrzymała Patrycja Wizińska-Socha. Polka stworzyła Pregnabit – prototyp urządzenia do monitorowania akcji serca płodu, tętna matki i innych parametrów, które są przekazywane bezprzewodowo do centrum monitoringu. Urządzenie to pozwala kobietom ciężarnym na wykonanie podstawowych badań bez wychodzenia z domu, minimalizując czas, koszty i prawdopodobieństwo zarażenia patogenami w trakcie wizyt lekarskich. Z kolei dla osób niewidomych stworzono przenośne urządzenie Matia, opisujące otaczający świat za pomocą bodźców stymulujących zmysły, między innymi przez słowa i muzykę. Inna nowość – MySpiroo – umożliwia zdalne monitorowanie pacjentów cierpiących na przewlekłe choroby układu oddechowego, na przykład astmę.
Telemedycyna to nie tylko rozwój nowych urządzeń, lecz także modyfikacja powszechnie używanych urządzeń mobilnych. Telefony komórkowe stają się podręcznymi urządzeniami monitorującymi zdrowie, prywatnymi doradcami kontroli stylu życia. Interesującym przykładem jest tu Smartphone Brain Scanner mierzący bioelektryczną aktywność mózgu celem wykrywania ataków epileptycznych i pomiaru EEG w czasie rzeczywistym.
Poza mobilnymi analizatorami parametrów fizjologicznych powstają urządzenia wpływające aktywnie na zmianę funkcji organizmu. Przykładowo ból głowy można zredukować kontrolerem przyłożonym do policzka, zintegrowanym ze stymulatorem wszczepionym w jamie ustnej nad zębami trzonowymi. Z kolei zastrzyk energii w postaci wypicia kawy można zastąpić stymulatorem przyklejanym do skroni, który wysyła impulsy elektryczne o wysokiej częstotliwości.
Niezaprzeczalne korzyści
Co na to środowiska medyczne? Na ile zastosowanie telemedycyny postrzega się jako inspirację, eksperyment, ciekawostkę czy nową formę biznesu, a na ile jako faktycznie przydatną metodę w codziennym leczeniu pacjentów? Co na to pacjenci? Czy będą w stanie zaufać leczeniu na odległość?
Okazuje się, że obu stronom – zarówno lekarzom, jak i pacjentom – telemedycyna oferuje niezaprzeczalne korzyści ekonomiczne związane z obniżeniem wydatków na opiekę medyczną i znaczącą oszczędnością coraz cenniejszego dla ludzkości czasu. Głównym celem telemedycyny jest umożliwienie monitorowania zdrowia pacjentów w domach przy zapewnieniu komfortu psychicznego i szybkiej reakcji na problem medyczny. Monitorowanie to ma się odbywać za pośrednictwem powszechnie stosowanych urządzeń – telefonów komórkowych, tabletów czy komputerów w powiązaniu z zaawansowanymi systemami komunikacyjnymi.
Dzięki monitoringowi zmniejszą się częstotliwość i czas hospitalizacji oraz liczba wizyt lekarskich, a także prawdopodobieństwo zakażeń i rozprzestrzeniania patogennych wirusów i bakterii. Równomierny dostęp do usług telemedycznych zapewni podwyższenie jakości opieki zdrowotnej na prowincjach, a w przypadku nagłych wypadków, katastrof, wojen i ataków terrorystycznych znacząco ułatwi dostęp do skutecznej pomocy medycznej.
W przypadku ratownictwa medycznego pomocne okażą się interaktywne telekonsultacje w celu szybkiego diagnozowania. Informacje o aktualnym stanie pacjenta będą sprzężone z utworzonymi elektronicznymi bazami danych (electronic medical records – EMR). Informacje zawarte w bazach będą dotyczyły pełnej historii leczenia, wyników badań CT, RTG, MRI i USG, przebytych chorób, zabiegów, stosowanych leków, obecności alergii itd. Nauka będzie wygodniejsza i tańsza, a szkolenia lekarzy i personelu medycznego łatwiejsze i bardziej wydajne.
Możliwości techniczne
Czy jednak jakość telemedycyny jest porównywalna z jakością wypracowanych przez lata metod? Zaawansowane systemy telekomunikacyjne stanowią krytyczny element w zastosowaniach telemedycznych, a wyzwania nie należą do trywialnych. Jednym z podstawowych zadań telemedycyny jest diagnostyka obrazowa umożliwiająca przesyłanie, archiwizację, przegląd i opis zdjęć RTG, MRI, CT i USG. Przesyłany obraz musi być wysokiej jakości, o rozdzielczości nie mniejszej niż 2000 × 2000 pikseli, aby telekonsultant mógł prawidłowo ocenić informacje uzyskane ze zdjęcia. Co więcej, telekonsultant powinien mieć jednocześnie możliwość oceny szczegółów przez powiększanie obrazu, porównanie wielu skanów, powroty do innych wyników, do historii choroby itp. Tak skomplikowaną platformę komunikacyjną umożliwia światowy standard DICOM dla cyfrowej techniki opracowywania, przesyłania i archiwizacji obrazów medycznych.
Zmieniona musi być również infrastruktura telekomunikacyjna. Wszechobecny bezprzewodowy internet z możliwością transferu dużej ilości danych ułatwi dostęp do wysokiej jakości usług medycznych w każdym zakątku świata. Ratownicze systemy alarmowe połączone będą liniami wideokomunikacyjnymi z regionalnymi ośrodkami medycznymi. W momencie wypadku ratownicy medyczni lub przeszkoleni policjanci czy strażacy będą w stanie przesłać do szpitala informacje audiowizualne. Dostarczenie lekarzom zapisów USG i EKG, zdjęć oraz istotnych sygnałów życiowych rannego jeszcze przed przetransportowaniem go do szpitala sprawi, że skrócony zostanie czas jego przyjęcia na oddział i czas przygotowania personelu do udzielenia właściwej pomocy. Dzięki interaktywnej wideokomunikacji będą możliwe również zdalne zabiegi chirurgiczne wykonywane przez ratownika na miejscu wypadku w sytuacji zagrożenia życia pacjenta pod okiem teleobecnego chirurga znajdującego się w regionalnym ośrodku medycznym.
Roboty chirurgiczne
Duże nadzieje wiąże się z rozwojem zdalnie sterowanych robotów chirurgicznych, które z niezwykłą dokładnością, niejednokrotnie większą niż ludzka, do konują zabiegów wymagających precyzyjnych mikroruchów. W przypadku skomplikowanych operacji serca lub mózgu niewielu jest specjalistów kardiochirurgów lub neurochirurgów, którzy mają stosowne doświadczenie i są w stanie podjąć się takiego zadania.
Wybitni specjaliści z reguły praktykują w klinikach wielkich aglomeracji miejskich, a stan zdrowia nie zawsze pozwala na przewiezienie pacjenta na duże odległości. Rozwiązaniem jest wtedy teleoperacja wykonywana za pomocą zdalnie sterowanego robota chirurgicznego. Jeśli taki robot znajduje się na miejscu, miejscowy lekarz wraz z personelem medycznym przygotowują salę i pacjenta do operacji, podłączają robota i nawiązują łączność telekomunikacyjną z chirurgiem specjalistą przebywającym w innej części świata. Ten zajmuje miejsce przed monitorem, przejmuje kontrolę nad robotem i wykonuje precyzyjną operację. Dzięki interaktywnej audio- i wideokomunikacji asystujący miejscowi lekarze i personel medyczny wykonują polecenia zdalnie operującego chirurga w standardowy sposób. Powszechna obecność sterowanych robotów chirurgicznych ratowałaby w ten sposób setki istnień ludzkich. Niestety, takie roboty są drogie, konieczna byłaby też restrukturyzacja infrastruktury sal operacyjnych. Jednymi z bardziej znanych systemów teleoperacyjnych dostępnych na rynku są ZEUS (975 tys. dolarów) i Da Vinci (1 mln dolarów).
Operacja sterowana zdalnie
W 2001 r. przeprowadzono tzw. operację Lindbergh, stanowiącą kamień milowy telerobotyki. Chirurgom z Nowego Jorku udało się wykonać operację woreczka żółciowego u pacjenta przebywającego we Francji – w odległości 6230 km. Wykorzystano w tym celu półautonomiczny, zrobotyzowany system chirurgiczny ZEUS, składający się z kilku ramion kontrolowanych przez chirurga, z konsoli głównej i systemu czujników przesyłających feedback do użytkownika.
Ze względu na wciąż istniejące ograniczenia technologiczne i komunikacyjne większość robotów jest obecnie kontrolowana przez chirurgów na miejscu, w salach operacyjnych. Roboty te pomagają specjaliście zobrazować operowane miejsce oraz wykonać precyzyjnie minimalne cięcia, redukując tym samym ból i czas gojenia tkanek. W celu przeprowadzenia teleoperacji manipulatory ulokowane są w wewnętrznych tkankach pacjenta (w sercu, wątrobie, oku itd.). Chirurdzy manipulują tymi instrumentami, a wykonywane ruchy weryfikują kamerami zlokalizowanymi nad miejscem pracy (w środku serca, wątroby, oka itd.).
Dzięki teleoperacjom większość zabiegów chirurgicznych może być przeprowadzona minimalnie inwazyjnymi technikami, gdzie niewielkie nacięcie wystarcza do wprowadzenia manipulatorów. Tym samym zmniejszają się poziom bólu pacjentów i trauma tkanek, a także skracają się proces regeneracji i czas ho spitalizacji. System ZEUS pozwala na przeprowadzenie minimalnie inwazyjnych operacji w chirurgii ogólnej i laparoskopowej, pod warunkiem że sterujący nim chirurg przejdzie wymagane szkolenie. W przypadku systemu ZEUS jest to superkomputer wyposażony w wiele skomplikowanych funkcji, np. kontroli głosu, eliminacji drżenia rąk, adaptywnego filtrowania zakłóceń czy korekcji błędów. Z systemem ZEUS przeprowadzono już wiele udanych operacji, między innymi serca, prostaty i woreczka żółciowego. Oprócz niego istnieją też inne sterowane roboty chirurgiczne, na przykład wspomniany już system Da Vinci albo system Sokrates, wykonujące skomplikowane operacje na mózgu czy urologiczne zabiegi laparoskopowe.
Teleroboty są chętnie wykorzystywane do celów edukacyjnych na odległość. Poza tym są one potrzebne ze względu na zwiększoną autonomię ośrodków medycznych i coraz mniejszą mobilność lekarzy. Również w Polsce powstają nowe, ulepszane, miniaturowe systemy, które sprawiają, że telechirurgia staje się sztuką coraz powszechniej stosowaną.
Wyzwania na przyszłość
Wykorzystanie technologii telerobotycznych w medycynie i chirurgii zależy ściśle od wyników badań i równoległego rozwoju w zakresie pięciu głównych obszarów: funkcjonalności, środowiska, ograniczeń fizycznych, komunikacji i bezpieczeństwa. Zastosowanie kliniczne zautomatyzowanej technologii w dziedzinie mikrochirurgii, chirurgii ortopedycznej i chirurgii małoinwazyjnej przyniosło obiecujące wyniki, motywując naukowców do dalszego rozwoju chirurgii komputerowej oraz systemów diagnostycznych i mikrorobotów. Telemanipulatory, technologie interfejsu, czujniki, systemy wizyjne, rzeczywistość wirtualna i integracja funkcji – wszystko to narzuca konieczność przeprojektowywania sal operacyjnych. Niezbędne są tutaj niezawodność i precyzja maszyn wraz z bezbłędną, zsynchronizowaną w czasie komunikacją.
Kontrola robotów odbywa się obecnie głównie przez sieci bezprzewodowe typu Wi-Fi, Bluetooth albo Deep Space Network. Problemy przekazu informacji wokalnej, wizualnej, tekstowej i liczbowej rozwiązywane są za pośrednictwem komunikacji kablowej bądź satelitarnej lub transmisji laserowej. Bezpieczeństwo i poufność danych mają tu kluczowe znaczenie. Aspekt obrazowania 2D na monitorze może być problematyczny. Chirurg musi zmieniać kąt spojrzenia i na nowo rozumieć obraz monitora. Powoduje to opóźnienie reakcji operującego. Brak trójwymiarowej projekcji nie daje głębi, przez co chirurg nie jest w stanie prawidłowo zlokalizować manipulatorów. Dodatkowym problemem dla operującego jest koordynacja osi oko–ręka. Z pomocą przychodzi tu head mounted display (HMD) – hełm ze sparowanymi wyświetleniami monitorów przed oczami, dający wrażenie trójwymiarowości obrazu. Dopasowanie projekcji wideo w powiązaniu z ręką chirurga, skoordynowaną z manipulatorem, redukuje problem koordynacji ręka– oko. Ponieważ ciągłe używanie hełmu w trakcie wielogodzinnych operacji może być męczące, projektuje się hełmy z lekkich materiałów, co niweluje napięcie mięśni, umożliwiające momentalne przejście do otaczającej przestrzeni, z eliminowaniem kondensacji pary wodnej w polu widzenia.
Ze względu na ograniczenia w zakresie chirurgicznym wymagana jest miniaturyzacja kamer i manipulatorów, oparta na mikromechanice krzemowej, mikroinżynierii powierzchniowej i technologii LIGA. Wdrażane są nanotechnologie, materiały inteligentne i superelastyczne. Na koniec dochodzi problem adaptacji pracy systemu robotycznego do dynamiki środowiska operacyjnego i koordynacji procesów w czasie rzeczywistym. Prosty interfejs do obsługi telerobota, oparty na systemie MMK (monitor, mysz, klawiatura), wykorzystuje się do teleoperacji internetowych. Cenną modyfikacją MMK jest joystick zapewniający bardziej intuicyjny system nawigacji dla ruchów telerobota, natomiast przyszłe interfejsy będą w pełni scalone z wirtualną rzeczywistością. Projekcja wewnętrznych organów pacjenta na ekranie pozwala uczestnikom operacji na śledzenie jej przebiegu, co pomaga w podejmowaniu krytycznych decyzji, ułatwiając nagłą interwencję i konsultacje. Zarówno w sali operacyjnej, jak i na zajęciach chirurgii teleoperacje dają możliwość śledzenia procesu krok po kroku i powtarzania procedur, usprawniając jakość treningu przyszłych lekarzy.
Tekst Agaty Kołodziejczyk, ekspert Europejskiej Agencji Kosmicznej, opublikowano w „Menedżerze Zdrowia” 9/2016.
