Автономное управление движением уретероскопа при проведении операции методом ретроградной интраренальной хирургии

Цели исследования - изучить движение дистального конца уретероскопа во время проведения операции методом ретроградной интраренальной хирургии, разработать алгоритм автономного движения дистального конца уретероскопа из исходного положения в заданную точку, провести кинематический анализ движения дистального конца уретероскопа и решить обратную задачу кинематики.

Методы. Для решения поставленных задач использовались методы математического моделирования динамических систем, теории управления и теории механизмов и машин. При создании программных продуктов использован математический пакет Matlab. Разработан метод планирования траектории движения дистального конца уретероскопа на основе анализа снимков маенитно-резонансной томографии и компьютерной томографии. При движении дистального конца уретероскопа по полученной траектории применяется полиномиальный закон движения исполнительных звеньев.

Результаты. В ходе исследования были рассмотрены основные задачи, решаемые хирургом во время проведения операции методом ретроградной интраренальной хируреии, а также сформулирована cтратегия автономного управления стендом уретероскопа. Разработан метод планирования траектории движения дистального конца уретероскопа на основе анализа и обработки снимков магнитно-резонансной томографии и компьютерной томографии. Разработан алгоритм автономного движения дистального конца уретероскопа из исходного положения в заданную точку. Проведён кинематический анализ движения дистального конца уретероскопа, для обеспечения движения по планируемой траектории решена обратная задача кинематики, позволяющая установить связь между положением и ориентацией дистального конца уретероскопа и управляющими воздействиями.

Заключение. Предложенные алеоритмы автономного управления движением дистального конца уретероскопа, созданные на основе математического моделирования движения будут использованы при разработке робота для проведения операций методом ретроградной интраренальной хирургии в автономном режиме, что позволит проводить операции методом ретроградной интраренальной хируреии намного легче и точнее, чем сейчас. Также в данной работе была сформулирована стратегия автономного управления медицинским стендом уретероскопа.

1. Григорьев Н. А. Ретроградная интраренальная хирургия: современный взгляд на проблему // Урология. 2018. № 5. С. 175-181. https://doi.org/10.18565/urology.2018.5.175- 181.

2. Наш опыт применения ретроградной интраренальной хирургии при нефролитиазе / В. В. Ceprees, В. Л. Медведев, С. А. Габриэль, В. В. Чурбаков // Инновационная медицина Кубани. 2023. № 1. С. 46—52. https:/doi.org/10.35401/2541-9897-2023-26-1- 46-52.

3. Ультрамини-перкутанная нефролитотрипсия и ретроградная интраренальная хирургия при лечении камней почек менее 2 см: сравнительные результаты эффективности и безопасности / И. В. Серёгин, А. А. Серёгин, Е. В. Филимонов, Н. А. Шустицкий, А. Д. Морозов, Л. А. Синякова, О. Б. Лоран // Креативная хирургия и онкология. 2022. Т. 12, № 2. С. 98-105. https://doi.org/10.24060/2076-3093-2022-12-2-98-105.

4. MP29-16 First prospective clinical assessment of the ily robotic flexible ureteroscopy platform / E. Abou Chawareb [et al.] // Journal of Urology. 2024. Vol. 211, N 5S. P. e487. https://doi.org/10.1097/01.JU.0001008680.67760.37.16.

5. Lee J. Y., Jeon S. H. Robotic flexible ureteroscopy: a new challenge in endourology // Investigative and Clinical Urology. 2022. Vol. 63, N 5. P. 483. https://doi.org/10.4111/icu.20220256.

6. Lithotripsy of renal stones with Avicenna Roboflex robotic-assisted retrograde intrarenal surgery (RA-RIRS) / A. S. Kabakci [et al.] // Handbook of research on biomimetics and biomedical robotics. IGI Global, 2018. P. 142–160. https://doi.org/10.4018/978-1-5225-2993-4.ch006.

7. Kincaid B. S., Hsi R. MP29-14 Single-use and reusable ureteroscope related malfunctions and adverse events: an analysis of the manufacturer and user facility device experience database // Journal of Urology. 2024. Vol. 211, N 5S. P. e486. https://doi.org/10.1097/01.JU.0001008680.67760.37.14.

8. Мальчиков А. В., Яцун С. Ф., Яцун А. С. Математическое моделирование копирующего управления робототехническим устройством, оснащенным линейным электроприводом с упругим звеном // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2019. № 5. С. 34—42. https://doi.org/10.1134/S0235711919050055.

9. Мини-ПНЛ, микро-ПНЛ или РИРХ: сравнение эффективности и безопасности при камнях почек до 2 см / Н. И. Сорокин [и др.] // Урология. 2023. № 4. С. 98-104. https://doi.org/10.18565/urology.2023.4.98-104.

10. Continuous renal calculi tracking for autonomous robotic ureteroscopic lithotripsy / Q. Zhang [et al.] // 2025 IEEE/RSJ International Conference оп Intelligent Robots and Systems (IROS). IEEE, 2025. P. 5904-5911.

11. Гурбанова M. Ш., Заводчикова Е. И. Робототехника B медицине: современные технологии и перспективы // Образование и наука в XXI веке. 2025. Т. 1, № 61-4. С. 86—94.

12. Бибикова Е. А. Внедрение робототехники в медицину // Менеджмент в здраво- охранении: вызовы и риски XXI век: сборник материалов VIII Международной научно-практической конференции. Волгоград: Волгоградский государственный медицинский университет, 2023. С. 61-62.

13. Shu X., Chen Q., Xie L. A novel robotic system Юг flexible ureteroscopy // The International Journal of Medical Robotics and Computer Assisted Surgery. 2021. Vol. 17, N 1. P. 1-11. https://doi.org/10.1002/rcs.2191.

14. Probability-Based Force Control for Flexible Ureteroscopy Robots / Y. Deng [et al.] // ТЕЕЕ Transactions оп Automation Science and Engineering. 2024. Vol. 22. P. 8844—8855.

15. Сравнительная эффективность дистанционной ударно-волновой литотрипсии и ретроградной внутрипочечной хирургии при кальций-оксалатном нефролитиазе / В. Л. Медведев, А. А. Буданов, Г. Д. Дмитренко, Г. А. Палагута, А. M. Розенкранц // Инновационная медицина Кубани. 2021. № 1 (21). С. 39—46. https://doi.org/10.35401/2500-0268-2021-21-1-39-46.

16. Enhancing surgical outcomes in ureteral stricture treatment: a combined approach using flexible ureteroscopy and laparoscopy / X. Zhang [et al.] / BMC urology. 2025. Vol. 25, N 1. P. 293. https://doi.org/10.1186/s12894-025-01984-4.

17. Robotic Flexible Ureteroscopy: Systematic Review and Meta-Analysis of Surgical Efficacy, Safety and Ergonomic Outcomes / P. Gopi [et al.] // Cureus. 2025. Vol. 17, N 8. Р. е90447. https://doi.org/10.7759/cureus.90447.

18. Robotic flexible ureteroscopy: A Step-by-Step video by using Roboflex Avicenna platform / R. В. Ergiil [et al.] // Urology. 2024. Vol. 189. P. е8-е9. https://doi.org/10.1016/j.urology.2024.03.012.

19. Analysis of performance factors in 240 consecutive cases of robot-assisted flexible ureteroscopic stone treatment / J. Klein [et al.] // Journal оf Robotic Surgery. 2021. Vol. 15, N 2. P. 265-274. https://doi.org/10.1007/s11701-020-01103-5.

20. Technical aspects and clinical outcomes of robotic ureteroscopy: is it ready for primetime? / M. M. Sinha [et al.] // Current Urology Reports. 2023. Vol. 24, N 8. P. 391— 400. https://doi.org/10.1007/s11934-023-01167-4.