Автоматизация сбора графтов для пересадки волос с помощью AI

Я не являюсь специалистом в области пересадки волос, хотя себе делал, поэтому немного понимаю как происходит процесс. Если есть, что поправить, пишите на 2af@mail.ru.

При пересадке волос сбор графтов производится вручную:

• Сначала панчем диаметром 0,5 — 1 мм подрезается кожа вокруг графта. Почему-то метод называют «машинным сбором», хотя от машинного там только то, что круглое лезвие вращается. Видимо, есть чисто ручной панч. https://www.youtube.com/watch?v=wf65M8mjm7Q
• Графты (подрезанные круглые лоскутки кожи с волосяным фоликулом) изымаются с помощью пинцета и укладываются в питательный раствор для пересадки.

Сбор графтов — дело весьма трудоемкое. Например, мне пересаживали 3500 графтов KEEP DHI методом. Высококвалифицированный врач подрезал панчем диаметром 0.6 мм графт, а за ним ассистент изымал графт пинцетом. Затем, когда она закончила подготавливать графты — переключилась на забор. Втроём работать над одним пациентом уже непросто, т.е. параллелить производительность больше нельзя.

Проходила эта операция у меня примерно с 10:00 до 14:30. Представляете объем и сложность работы?

В своей работе периодически сталкиваюсь с точными станками, вроде SMD установщиков, 3D принтеров, фрезеров и пр., а также имею некоторое представление о распознавании образов (два года обучался по AI). На мой взгляд процедура изъятия графтов может быть довольно неплохо автоматизирована для снижения себестоимости забора.

Технически выглядит достаточно реализуемо. Опишу идею как инженер с минимальными познаниями в области пересадки волос. Понятно, что проработка потребует консультации высококлассных спецов-медиков для уточнения технической реализации.

3-х координатный станок для забора графтов

На первый взгляд более простая реализация станка для изъятия графтов такая:

• Горизонтальная платформа с перемещением по двум координатам (как у 3D принтера или SMD установщика) для позиционирования панча поверх графта.
• Платформа (П-образная) жестко крепится к операционному столу над головой больного. Фиксируется быстрозажимными струбцинами, чтобы обеспечить лучшую стабильность при движении.
• Врач намечает в программном обеспечении область (донорскую зону) для изъятия графтов. Возможно, потребуется маркером на голове пациента нанести реперные точки (крестики) для лучшего позиционирования системы распознавания образов, чтобы упростить задачу. Хотя, гипотетически, маркером могут выступать характерные части пациента: уши, граница волос на шеи, темечко и пр.
• Голову пациента в операционном столе поворачивают так, чтобы она была примерно параллельна горизонтальному столу на котором идёт перемещение Панча по 2D координатам. Это плохой момент, поскольку у руки врача больше степеней свободы, а такая реализация имеет лишь две и третья — это выдвижение панча. Т.е. при жёстком варианте фиксации панча, подрезание графта не может идти под углом. Не знаю, насколько это критично в плане травмирования графта.
• В такой системе можно добавить наклоны самого Панча и его вращение, но это усложнит конструкцию и сделает менее надёжной.
• Позиционирование панча над графтом не такая уж сложная нынче задача. Можно использовать библиотеки вроде OpenCV или AI вариант YOLOv4. Врач намечает схему выбирания графтов и далее панчер вырезает графты, например, шахматной. Можно сделать алгоритмы, которые будут выбирать графты исходя из плотности размещения волос.
• Важно, чтобы компьютерное зрение распознавало родинки пациента и не подрезала графты в этом месте для избежания проблем.
• Вычисление расстояния от кончика панча может быть сделано разными методами: лазерный дальномер, две оптические камеры с библиотекой распознавания образов, имитируя бинокулярное зрение человека, или тензодатчики, как в прецизионных станках, но это слишком медленный подход, можно тензодатчик разместить в сам панч, чтобы при соприкосновении с кожей отслеживать этот момент.
• После того как определено, что панч соприкоснулся с кожей идет выдвижение на нужную глубину для прорезания.
• Извлечение графтов может производится либо параллельно (пинцент для изъятия монтируеися рядом с панчем), либо отдельной головкой работающей независимо.
• После того как пинцет извлек графт, их нужно временно перенести к площадке с раствором, в который подсаживаются графты. Обратная операция той, что выполняет SMD расстановщик компонентов при распайке печатных плат.
• Вероятнее всего для уменьшения количества перемещений небольшая площадка с физраствором должна быть у самой головки для «кэширования» графтов. Сначала идёт накопление графтов у головки, затем эту площадку перемещают к месту постоянного хранения.
• При такой реализации скорость может быть очень высокой, в разы выше врача, т.к. computer vision может существенно быстрее распознавать графты и производить их выемку, чем человек. Если видели, как работает SMD расстановщик, там скорость такова, что движение головки при установке компонентов почти неразличимы глазом.

Для примера видео работы SMD установщика казанской компании SMD Taxi. https://www.youtube.com/watch?v=Ig_ZAYZcnEw&ab_channel=SMDTAXI

Это установщик от другой российской компании: https://www.youtube.com/watch?v=jACO5Z5yDIA&ab_channel=AndreyPetroff

А это для понимания сложности разработки примеры DYI устройств:

• https://www.youtube.com/watch?v=wO0ooU6vQtA&ab_channel=VladimirMedintsev
• https://www.youtube.com/watch?v=hPWabcUb47A&pp=ygVD0KHQvtCx0LjRgNCw0LXQvCDRgNCw0YHQutC70LDQtNGH0LjQuiBTTUQg0YHQstC-0LjQvNC4INGA0YPQutCw0LzQuA%3D%3D
• https://www.youtube.com/watch?v=VBRrFXZz6xg&ab_channel=%D0%AD%D0%B4%D1%83%D0%B0%D1%80%D0%B4%D0%9D%D0%B5%D1%82%D0%BA%D0%B0%D1%87%D1%91%D0%B2

Манипулятор для забора графтов

Другая реализация ЗНАЧИТЕЛЬНО более сложная и медленная, но это пока. Но гораздо более гибкая.

1. У руки человека 7 степеней свободы. Вместо жёсткого крепления панча можно используовать роботизированную рука с 6 степенями свободы. Например, мне больше всего понравилась рука с 6 степенями свободы от Elephant Robotics. Возможно, хватит простой модели myCobot 280 Jetson Nano. Но есть сомнения по поводу точности позиционирования. Working Radius — 280mm, Positioning Accuracy — ±0.5mm. Есть библиотеки для Python.
2. Руку можно размещать на передвижной станине П образной формы, наезжающей над операционным столом. Так чтобы оказаться либо непосредственно посередине головы пациенты, либо чуть слева или справа, если в работе участвуют две руки (одна подрезает, вторая извлекает графы). Но синхронизация двух рук — очень сложная задача, поскольку потребуется внешняя камера, чтобы синхронизировать работу рук.
3. Пациенту достаточно лежать головой вниз, без необходимости её поворачивать, чтобы рука могла обойти голову пациента со всех сторон.
4. Целесообразно забор графа производить «за раз», тогда не потребуется синхронизировать работу двух рук: надсечение, излечение, складирование графтов в кеширующую емкость. Перемещение руки все-же медленнее, чем 2-х координатного варианта, поэтому нужно минимизировать любые перемещения к емкости с графтами.
5. В идеале, загружать графты сразу в картридж, чтобы не хранить в случайном порядке, как сейчас. Но разработка таких кассет — отдельная сложная задача. У метода DHI я видел на видео ручки в которых в канал заводится сразу несколько графтов, чтобы не закладывать по одному, но с трудом представляю как она работает.

Монетизация

Как монетизировать разработку подобного решения. Условно, подобный инструментарий может снять трудоемкую операцию изъятия графтов с врача. Значительно увеличивается его производительность и он освобождается от рутинных операций. Хотя, допускаю, что кому-то из врачей эта монотонная операция изъятия нескольких тысяч графтов и нравится. 🙂

Можно снизить цену на услугу и больше зарабатывать за счёт оборота или просто генерировать большую прибыль, не снижая стоимость, пока не появится конкурент, который скинут цену из-за снижения трудоемкости. У меня нет информации, можно ли увеличить приток клиентов, за счет снижения цены. Думаю, что вполне реально.

Остается открытым вопрос, что врачу надо выполнять подобные операции, чтобы не потерять квалификацию. Переложив монтонную операцию с врача на робота, врач должен переключится на какую-то более высокоинтеллектуальную (доходную) работу. Вопрос, есть ли пути для улучшения в данной операции остается открытым.

Возможно, оптимальный вариант бизнес-модели — предоставление такого оборудования в аренду, как сервис с оплатой за период, обеспечение быстрой подмены. По идее, каждая клиника должна оснащатся дополнительным устройством (резервирование N+1), либо должна быть возможность очень оперативной доставки подменного устройства, чтобы операция не сорвалась.

Скорее всего клиник по пересадке волос в одном регионе немного. Хотя оборот может быть довольно большим. В день операции я видел 4-5 человек на операцию и мне сказали, что это не самый загруженный день.

Разработка железа и софта, доведение до ума в столь щепетильном вопрос, потребует приличных инвестиций. Учитывая узкий рынок, цена оборудования должна быть достаточно высокой, чтобы окупить стоимость разработки. Вместе с тем я уверен, учитывая скорости развития моделей в AI, что в ближайшее время такие роботы появятся. Технически все вполне реализуемо, причем на первый взгляд задача не покорение космоса. 🙂