Киберзащита для робота-хирурга

Новый подход к кибербезопасности интеллектуальных телеоперационных хирургических систем с учетом современных требований предложила доцент кафедры инженерной кибернетики НИТУ МИСИС, к.м.н., глава компании «Нейроспутник» Александра Бернадотт. Подход был применен для обеспечения безопасности отечественного интеллектуального роботизированного комплекса для эндоваскулярной нейрохирургии «Левша» (LevshAI). Это единственная в мире специальная экосистема, обеспечивающая персонализированный и безопасный подход к пациентам, передовое для начинающих хирургов обучение нейрохирургии и возможность дистанционной операции сосудистых патологий мозга.

По оценкам некоторых экспертов, роботизированная хирургия дешевле классических методов. Она также избавляет врачей от радиоактивного облучения, так как операции на сосудах мозга и сердца проводятся в режиме рентгеновского мониторинга. Кроме того, система активно использует искусственный интеллект, который информирует о критических состояниях, подсказывает наилучшее решение и дает новые возможности для совместных сложных операций, повышая уровень безопасности пациента.

Несмотря на острую необходимость развития симуляторов, телехирургии и персонализированной хирургии существует ряд строгих требований к архитектуре и компонентам подобного оборудования. Основным сдерживающим фактором для выхода такой системы на рынок являются гарантии надежности и безопасности для пациентов. Телехирургические роботизированные комплексы сложны для внедрения и защиты, так как любая неполадка или кибератака может причинить существенный вред здоровью.

Экосистема «Левша», разработанная российской компанией «Нейроспутник», единственная в мире, которая так активно использует искусственный интеллект под разные задачи. Система состоит из трёх продуктов, работающих независимо друг от друга. Тренажер со специальным устройством ввода с тактильной обратной связью и симулятором сосудов мозга дает возможность хирургам и студентам-медикам отрабатывать навыки. Оперирующее устройство и серверное приложение с искусственным интеллектом для симуляции сосудов мозга конкретного пациента.

Каждый продукт системы оснащён разнообразными моделями глубокого обучения и алгоритмами математического моделирования. Проект «Левша» создает индивидуальный 3D-макет сосудов мозга пациента, позволяя до операции потренироваться и выбрать оптимальную стратегию, это может снизить риски осложнений с 30% до 0. Тренажер Левша воссоздает условия, почти идентичные условиям в операционной, имеет тактильную обратную связь, позволяющую хирургам в привычной манере взаимодействовать с областью патологии. Ассистирующий искусственный интеллект автоматически корректирует работу хирургов, помогает оценить особенности анатомии пациентов, дает рекомендации предоперационного и послеоперационного ведения больных с персонализированным подбором рекомендаций на основе данных пациента. «Левша» имеет собственную обширную базу данных, которая позволяет запускать 3D-симуляции, выявлять индивидуальные особенности пациентов, распознавать критические состояния, ошибки хирургов и др. Оперирующий блок еще находится в разработке, а тренажер и персонализированный симулятор уже на стадии подготовки пилота.

Команда российских ученых предложила новую модель кибербезопасности, позволяющую обеспечить надежную работу комплекса во время различных атак на устройство. Она сочетает интеллектуальные автономные контроллеры для вычисления аномальных и подозрительных действий, а также анализирует сетевой трафик на предмет наличия признаков кибератак.

«Интеллектуальные роботизированные системы в хирургии – новая область, которая еще не имеет устоявшихся решений. Подходы к обеспечению безопасности интеллектуальной телеоперационной хирургической системы почти не освещены в литературе. При этом существуют сугубо специфические проблемы, которые связаны с необходимостью обеспечить безопасность пациентов и хирургов при использовании таких систем при обрыве связи, отказе работы оборудования, кибератаках. Безопасность сети необходимо учитывать в дополнении к криптографической безопасности транспортного протокола. Существует необходимость изолированного контура для обеспечения двойного контроля во время операции», – объясняет Александра Бернадотт.

Безопасность телехирургической системы «Левша» концептуально обеспечивается двумя основными частями, блоком управления и исполнительным блоком, которые соединены с помощью VPN, но могут находится далеко друг от друга. Одна часть системы кибербезопасности – менеджер сессий, подключен к VPN, предоставляя услуги безопасности для сетевого подключения основных блоков. Кроме того, IP- и MAC-адреса взаимодействующих устройств заранее фиксируются в распределенном реестре. Для защиты сервера аутентификации от неконтролируемого генерирования большого количества ложных сеансов и последующего отказа в обслуживании созданы правила фильтрации.

«Правильная стратегия заключается в предотвращении кибератак на всех этапах. Как при подготовке к операции, во время неё, так и впоследствии для сохранения здоровья пациента, – добавляет исследовательница. – Мы предложили надежные методы для расширения протоколов безопасности с использованием интеллектуальных агентов и резервных автономных схем. Эта модель безопасности позволяет хирургу управлять процессом операции во время различных атак. Коммуникационный блок отделяется от операционного и отключается до устранения угрозы. При необходимости хирург, имеющий физический доступ к автономной части, мог бы управлять исполнительным блоком из локальной палаты. Этот подход к обеспечению безопасности реализован в системе «Левша”».

Процесс разработки системы «Левша» проходит при консультации Российского общества эндоваскулярных нейрохирургов (RENS) в ФМБА России. Участие практикующих хирургов позволяет максимально адаптировать аппарат к работе в условиях реальной операции.