ЭКЗОСКЕЛЕТ ДЛЯ МИКРОХИРУРГА | Вопросы реконструктивной и пластической хирургии. 2016. № 4 (59). DOI: 10.17223/1814147/59/08

ЭКЗОСКЕЛЕТ ДЛЯ МИКРОХИРУРГА

Цель исследования: определение клинико-анатомических требований к пассивному экзоскелету верхней конечности для облегчения работы микрохирурга на этапе выполнения микрососудистого и микронейрального шва при работе в «неудобных» для хирурга областях: области шеи, живота и таза, когда нет крайне необходимой горизонтальной опоры предплечий, т.е. работа навесу. На основе анализа типовых движений верхних конечностей при выполнении хирургических манипуляций были разработаны следующие клинико-анатомические требования к экзоскелету микрохирурга: обладать объемом движений, приближенным к показателям здорового человека, фрагменты экзоскелета должны повторять анатомию верхней конечности, поддерживать конечность в нужном положении без применения усилий и без ограничений движений кисти, иметь мобильную версию, размещенную на несущем жакете, и стационарную, размещенную на рабочем месте микрохирурга, иметь возможность стерилизации, быть независимым от источников питания, быть доступным по цене. Имеющийся опыт разработки и внедрения пассивного экзоскелета верхних конечностей («ЭКЗАР») для больных с верхним вялым пара-(моно-)парезом при введении дополнительных опций может быть преобразован в экзоскелет для микрохирурга.

THE EXOSKELETON FOR A MICROSURGEON.pdf ВВЕДЕНИЕ гических технологий, позволяющих детально сопоставлять ткани при выполнении микросо Современная разработка экзоскелетов верх-судистого и микронейрального швов [1, 2]. Больней конечности осуществляется преимущест-шой проблемой современной микрохирургии венно для военных, промышленных нужд и ме-является физиологический тремор рук, который дицинских целей. В медицине экзоскелеты верх-может наблюдаться при работе под оптикой на них конечностей используются для абилитации и мелких структурах навесу, т.е. в отсутствие необреабилитации больных с верхним вялым парапа-ходимой опоры обеих предплечий. Физиологирезом [7, 11]. ческий тремор кистей возможен в связи с уста В последнее время особой актуальностью лостью - при большой продолжительности пользуется разработка и внедрение микрохирур-микрохирургических операций и длительном № 4 (59) декабрь’2016 Вопросы реконструктивной и пластической хирургии Новые технологии 59 статическом напряжении, снижающем прецизионность манипуляций, что в конечном итоге отрицательным образом влияет на качество исполнения микрохирургического этапа операций. Для уменьшения тремора кисти в микрохирургии применяют специальные кресла для микрохирургических операций, с упорами для локтей и предплечий (рис. 1). При их использовании хирурги во многом снижают статическую нагрузку на локти и предплечья при операциях, например, на конечностях пациентов. проблемы физиологического тремора кистей при работе стоя. В 2012 г. были предприняты первые попытки борьбы с физиологическим тремором рук у микрохирургов-офтальмологов с помощью так называемых противотреморных устройств [9]. При этом авторы не приводятинформации об использовании этого устройства реконструктивными микрохирургами, что наводит на мысль о том, что данная разработка пока не внедрена в практику микрососудистой и микронейральной микрохирургии. Рис. 1. Кресло для микрохирурга При удаленности оперируемой области от рук хирурга (голова, шея, грудная стенка, передняябрюшная стенка и брюшная полость), т.е. в условиях малого операционного поля приходится оперировать стоя, не имея опоры для верхних конечностей (навесу). Известно, что при оперировании стоя (травматологи-ортопеды) рольтазового пояса в стабилизации функции верхних конечностей и профилактике «активного» тремора рук ничтожна. Подтверждение тому - хорошие результаты работы парализованного американского травматолога-ортопеда Теда Раммела (нижний парапарез), оперирующего накрупных суставах конечностей пациентов (суставы стопы, коленные, голеностопные, локтевые) в специальной модернизированной инвалидной коляске, которая держит его туловище в вертикальном положении (рис. 2). Лет 30-40 назад, на этапе становления микрососудистой хирургии, предпринимались попытки профилактировать тремор рук при отсутствии опоры для верхних конечностей хирурга медикаментозными средствами (индерал), которые не решили Рис. 2. Тед Раммел, американский травматологортопед, оперирующий в специальной модернизированной инвалидной коляске Нет сомнений, что дальнейшее развитие микрохирургических технологий, включая и супермикрохирургию (диаметр сшиваемых структур менее 500 мкм), напрямую зависит не только от анатомической обоснованности оперативных вмешательств, но и от технической оснащенности оперирующих хирургов (инструментарий, микроскопы, шовный материал и другие средства обеспечения операций). Кроме того, логичным было бы иметь приспособление, снижающее статическую нагрузку на верхние конеч Вопросы реконструктивной и пластической хирургии № 4 (59) декабрь’2016 60 Воробьёв А.А., Никулин А.А., Андрющенко Ф.А., Байтингер А.В. ности и облегчающее труд микрохирургов. Разработанная нами классификация предусматривает использование экзоскелетов, облегчающих труд хирургов [6]. По своей сути таковым является хирургический комплекс «Да Винчи». Самым лучшим и, к сожалению, пока очень дорогостоящим решением проблемы тремора рук у микрохирургов, выполняющих прецизионные хирургические вмешательства на анатомических структурах очень малого калибра (лимфатические сосуды - до 300 мкм, артериальные и венозные сосуды - менее 500 мкм), является использование роботов-посредников для роботассистируемой микрохирургии [10]. Однако внастоящее время самым доступным (по части финансовых расходов) могут быть экзоскелеты верхних конечностей. В доступной нам литературе по использованию экзоскелетов в медицине [7] мы не нашли аналогичных устройств для облегчения работы микрохирургов, поэтому сочли необходимым сформулировать требования, предъявляемые к экзоскелетам микрохирурга, исходя из строения здоровых верхних конечностей и их функций при имитации микрохирургических вмешательств. Цель исследования: определить клиникоанатомические требования к пассивному экзоскелету верхней конечности для использования его для нужд микрохиругии как средства, обеспечивающего стабильность и точность выполнения микрохирургических манипуляций, снимающего статическое напряжение с рук хирурга и облегчающего его труд при выполнении длительных микрохирургических операций. МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ В основу работы положен анализ материала по типичным активным движениям верхней конечности микрохирурга при выполнении им микрохирургических операций, с использованием видеосюжетов различных этапов оперативных вмешательств и фундаментальных источников литературы по биомеханике движений верхних конечностей [8]. РЕЗУЛЬТАТЫ Основными суставами рук являются плечевой, локтевой и лучезапястный, пястнофаланговые и межфаланговые сочленения, позволяющие осуществлять базовые движения при выполнении хирургических манипуляций. Результаты анализа характера движений и их необходимой амплитуды при выполнении оперативных вмешательств представлены в таблице. Анализ характера движений в суставах верхних конечностей и их необходимой амплитуды при выполнении операций Типовая хирургическая манипуляция Характер допустимой амплитуды активных движений (максимально используемый сектор активных движений), град. в плечевом суставе в локтевом суставе в лучезапястном суставе в пястно-фаланговых и сочлениях Разрез Сгибание - 15 Сгибание - 90 ± 15 Отведение - 10 Отведение - 10 Разгибание - 15 Разгибание - 0 Приведение - 30 Приведение - 10 Осевая ротация - 15 Ротация: Сгибание - 40 Сгибание - 50 осевая супинация - 90 осевая пронация - 85 конусная ротация - 150 Разгибание - 40 Разгибание - 0 МанипулироваСгибание - 15 Сгибание - 90 ± 15 Отведение - 10 Отведение - 10 ние с целью досРазгибание - 15 Разгибание - 0 Приведение - 30 Приведение - 10 тижения цели Осевая ротация - 15 Ротация: Сгибание - 40 Сгибание - 50 операции осевая супинация - 90 осевая пронация - 85 конусная ротация - 150 Разгибание - 40 Разгибание - 0 Соединение ткаСгибание - 15 Сгибание - 90 ± 15 Отведение - 10 Отведение - 10 ней Разгибание - 15 Разгибание - 0 Приведение - 30 Приведение - 10 Осевая ротация - 15 Ротация: Сгибание - 40 Сгибание - 50 Осевая супинация - 90 Осевая пронация - 85 конусная ротация - 150 Разгибание - 40 Разгибание - 0 Примечание. Исходное положение кисти в физиологическом состоянии полной пронации. Движения в межфаланговых суставах не рассматривались, как не имеющие отношения к разрабатываемой конструкции. № 4 (59) декабрь’2016 Вопросы реконструктивной и пластической хирургии Новые технологии 61 Из представленного анализа движений в суставах верхних конечностей хирурга видно, что кисть при выполнении операций является исполнительным органом, принимающим определенное положение для выполнения конкретной хирургической манипуляции с помощью взаимодействия с остальными суставами руки. Для хирурга элементы кисти играют еще одну немаловажную роль - тактильного распознавания (рельеф, размеры, подвижность, консистенция тканей в зоне операции). Полноценную работу кисти обеспечивают лучезапястный и пястнофаланговые суставы; плечевой и локтевой суставы имеют меньшее значение, но они ответственны за положение кисти при операциях. Из приведенного анализа основных типовых движений верхней конечности при выполнении хирургических манипуляций мы сформулировали следующие клинико-анатомические требования к экзоскелету микрохирурга. Разрабатываемый экзоскелет верхней конечности для микрохирургов должен отвечать следующим требованиям: . - обладать объемом движений, приближенным к показателям здорового человека (в идеале) или позволяющим обеспечить свободное движение рук при выполнении исследованного объема движений хирурга; - фрагменты конструкции должны повторять строение верхней конечности человека; - поддерживать конечность в нужном положения без применения усилий и без ограничения движений кисти; - иметь легкую и прочную конструкцию; - иметь возможность анатомической параметризации [8, 9]; - иметь возможность индивидуальной настройки в зависимости от характера выполняемой операции и положения хирурга во время ее проведения; - быть изготовленным из биологически инертных материалов; - иметь возможность стерилизации и (или) отграничения от зоны операции стерильным барьером; - иметь возможность замены элементов конструкции экзоскелета по мере износа и включения дополнительных опций (модульный принцип); - быть доступным по цене; - иметь мобильную версию, размещенную на несущем жакете, и стационарную, размещенную на рабочем месте микрохирурга; - быть независимым от источников питания; - не зависеть от зарубежных комплектующих. ОБСУЖДЕНИЕ Актуальность выполненного нами исследования не вызывает сомнений, поскольку еще в 2012 г. врачи-офтальмологи, занимающиеся витреоретинальной микрохирургией, впервые получили от инженеров необходимое для них приспособление, предотвращающее «active tremor». Оно («Smart») позволяет удерживать кисть в случаях, когда необходимо использовать (чистить) источник оптической когерентнойтомографии [9]. Кроме того, разработка различных приспособлений не столько для профилактики, сколько для предотвращения тремора рук у людей, страдающих болезнью Паркинсона или эссенциальным тремором - наследственным заболеванием центральной нервной системы, еще раз подтверждает актуальность нашего исследования. Недавно компания Gyro Gear (Великобритания) заявила о разработке приспособления для борьбы с тремором (GyroGlove), которое поступитв продажу в конце 2016 г. (цена 600-900 $). Надетая на руку перчатка (рис. 3) компенсируетколебания, благодаря чему движения становятся плавными. Стабилизация достигается за счет встроенного в перчатку гироскопа, внутри которого находится диск, совершающий около 20 тыс. об/мин. Новая разработка позволяет почти на 90% снизить тремор у больных. Заметим, что в этот старт-ап изначально было вложено более 700 тыс. фунтов стерлингов. Имеющийся у нас опыт разработки и внедрения пассивного экзоскелета верхних конечностей («ЭКЗАР») для пациентов, страдающих верхним вялым пара-(моно-)парезом, можно адаптировать для разработки экзоскелета для микрохирурга, выполняющего реконструктивные пластические операции продолжительностью от 6 до 10-11 ч. Рис. 3. Приспособление для борьбы с тремором GyroGlove (Gyro Gear, Великобритания) Вопросы реконструктивной и пластической хирургии № 4 (59) декабрь’2016 62 Воробьёв А.А., Никулин А.А., Андрющенко Ф.А., Байтингер А.В. ЗАКЛЮЧЕНИЕ введения дополнительных опций, отвечающих изложенным выше клинико-анатомическим тре Имеющийся у нас опыт разработки и вне-бованиям к экзоскелету микрохирурга, предлодрения пассивного экзоскелета верхних конеч-жить его модернизацию для облегчения труда ностей «ЭКЗАР» [4] для больных с верхним хирурга при выполнении прецизионных операвялым пара-(моно-)парезом позволяют после ций.

Ключевые слова

пассивный экзоскелет, микрохирургия, парез, физиологический тремор кисти, passive exoskeleton, microsurgery, paresis, physiological hand tremor

Авторы

ФИООрганизацияДополнительноE-mail
Воробьёв Александр АлександровичГБОУ ВПО «Волгоградский государственный медицинский университет» Минздрава РФcos@Volgmed.ru
Никулин Артём АлександровичАНО «НИИ микрохирургии»
Андрющенко Фёдор АндреевичВолгоградский научный медицинский центр
Байтингер Андрей ВладимировичАНО «НИИ микрохирургии»
Всего: 4

Ссылки

Байтингер В.Ф., Селянинов К.В., Байтингер А.В. Введение в микрохирургию. - Томск, 2012. - 120 с.
Байтингер В.Ф., Цуканов А.И., Серяков В.И., Федоров Д.А. Свободные реваскуляризируемые лоскуты (free flaps): новая эра в пластической хирургии // Миниинвазивная хирургия в клинике и эксперименте: сб. тр. конференции. - Пермь, 2003. - С. 9-11.
Воробьев А.А., Андрющенко Ф.А., Засыпкина О.А. Кривоножкина П.С. Особенности анатомической параметризации пассивного экзоскелета верхней конечности «ЭКЗАР» // Оренбургский медицинский вестник. - 2015. - Т. 3, № 4 (12). - С. 9-12.
Воробьев А.А., Андрющенко Ф.А., Пономарева О.А., Соловьева И.О., Кривоножкина П.С. Разработка и клиническая апробация пассивного экзоскелета верхних конечностей «ЭКЗАР» // Современные технологии в медицине. - 2016. - Т. 8, № 2. - С. 90-97.
Воробьев А.А., Андрющенко Ф.А., Засыпкина О.А., Кривоножкина П.С. Этапы анатомической параметризации экзоскелета верхней конечности «ЭКЗАР» // Журнал анатомии и гистопатологии. - 2015. - Т. 4, № 2. С. 27-30.
Воробьев А.А., Андрющенко Ф.А., Соловьева И.О., Засыпкина О.А., Кривоножкина П.С., Поздняков А.М. Терминология и классификация экзоскелетов // Вестник ВолгГМУ. - 2015. - № 3 (55). - С. 71-78.
Воробьев А.А., Петрухин А.В., Засыпкина О.А., Кривоножкина П.В., Поздняков А.М. Экзоскелет как новое средство в абилитации и реабилитации инвалидов (обзор) // Современные технологии в медицине. - 2015. - Т. 7, № 2. - С. 185-197.
Капанджи А.И. Верхняя конечность. Физиология суставов. - М: Эксмо, 2014. - 368 с.
Active tremor cancellation by a “Smart” hand held vitreoretinal microsurgical tool using swept source optical coherence tomography - Optics Express, 27.09.2012, DOI: 10.1364/OE.20.023414
Ichihara S., Vaiss L., Carmona A. et al. The role of roboticsin microsurgical reconstruction // Frontiersin Microsurgery of the Upper Extremity. Ed. B. Battiston, A.V. Georgescu., P.N. Soucacos. - Konstantaras Med. Pub., 2016. - P. 269-274.
Rahman T., Sample W., Jayakumar S., King M.M., Wee J.Y., Seliktar R., Alexander M., Scavina M., Clark A. Passive exoskeletons for assisting limb movement // J. Rehabil. Res. Dev. - 2006.- V. 43 (5). - P. 583-590.
 ЭКЗОСКЕЛЕТ ДЛЯ МИКРОХИРУРГА | Вопросы реконструктивной и пластической хирургии. 2016. № 4 (59). DOI: 10.17223/1814147/59/08

ЭКЗОСКЕЛЕТ ДЛЯ МИКРОХИРУРГА | Вопросы реконструктивной и пластической хирургии. 2016. № 4 (59). DOI: 10.17223/1814147/59/08