Umělá inteligence a robotika mění přesnost lékařských jehel

Umělá inteligence a robotika mění přesnost lékařských jehel

Představte si lékaře, který se snaží dostat k rakovinnému uzlíku hluboko v plicích pacienta – cíl velikosti hrášku ukrytý za bludištěm kritických krevních cév a dýchacích cest, které se mění s každým nádechem. Milimetr úseku může proniknout do velké tepny a pád může znamenat, že rakovina zcela chybí a může se rozšířit, pokud se neléčí.

Jde o tisíce procedur každý den, kdy je přesnost rozhodující a úkol je vystaven anatomickým překážkám, které nejsou prostupné nebo citlivé. Mohou umělá inteligence (AI) a roboti pomoci překonat tyto výzvy a zlepšit výsledky pacientů?

V medicíně nastává nová éra „vedení umělé inteligence“. Roboti s pokročilou umělou inteligencí mohou pomáhat lékařům a automatizovat určité úkoly, díky čemuž jsou bezprecedentní přesnost a složité postupy bezpečnější a efektivnější. “

Ron Alterovitz, Lawrence Grossberg, který je profesorem na katedře informatiky

Nový článek vVědecká robotika Formalizuje koncept navádění AI pro postupy lékařské jehly a nastiňuje úrovně vedení AI pro každou komponentu. Autoři definují čtyři složky vedení AI: vnímání anatomie, plánování pohybů nástroje, vnímání stavu nástroje a provádění pohybů nástroje během výkonu. Roboty naváděné umělou inteligencí mohou dosáhnout větší přesnosti a preciznosti navádění jehly než lidští lékaři a zároveň umožňují použití nejmodernějších konstrukcí jehel, které se mohou zakřivit skrz tělo.

Článek „Lékařské jehly v rukou umělé inteligence: K autonomní robotické navigaci“ napsali Alterovitz, Janine Hoelscher z Clemson University a Alan Kuntz z University of Utah. Hoelscher a Kuntz předtím dokončili doktorandskou práci v oboru informatiky na UNC s Alterovitzem jako poradcem.

Éra vedení AI

Po desetiletí se lékaři spoléhali na obrazové vedení a použití rentgenových paprsků, počítačové tomografie (CT) a zobrazení magnetické rezonance (MR) k vizualizaci anatomie pacienta a plánu dráhy jehly před výkonem. Tento pokrok, pocházející z objevu rentgenového záření na konci 19. století, umožnil bezpečnější přístup k bodům v těle.

Nedávné pokroky v AI nyní umožňují skok vpřed. Umělá inteligence dokáže automaticky analyzovat snímky, identifikovat cíle a překážky, vypočítat bezpečné trajektorie a dokonce autonomně vést robotické jehly kolem citlivých tkání v místech hluboko v těle. Jeden takový příklad, který předvedl tým výzkumníků z University of North Carolina v Chapel Hill, Vanderbilt University a University of Utah, předvedl lékařského robota, který dokáže autonomně nasměrovat jehlu na klinicky relevantní cíle v plicích s vysokou přesností v živé tkáni, což prokazuje lepší výkon než samotné tradiční nástroje. Autoři popisují tento transformativní posun od navádění pomocí obrazu k navádění pomocí umělé inteligence, kdy umělá inteligence pomáhá při vnímání anatomie pacienta, sledování postupu během procedury, plánování pohybů nástrojů a dokonce i při provádění těchto požadavků.

"Po desetiletí vizuální vedení pomáhalo lékařům lépe plánovat a provádět lékařské procedury," řekl Alterovitz. "Návod AI jde ještě dále, aby byly postupy bezpečnější a méně invazivní."

Článek formalizuje koncept vedení AI, který využívá AI ke zlepšení výkonu lékařů a vytváření stavebních bloků pro vyšší úroveň robotické autonomie. Článek definuje čtyři složky vedení AI jako:

1. Vnímání anatomie

2. Plánování pohybů nástrojů

3. Vnímání stavu přístroje

4. Během procedury provádějte pohyby nástroje

Každá z těchto čtyř složek může poskytovat svou vlastní úroveň vedení AI:

• Eye-On/Practice-On – kde lékař provádí úkol s pomocí AI

• Eyes-on/Hands-Off – kde AI plní úkol, zatímco lékař sleduje AI a je připraven zasáhnout v neobvyklých situacích

• Vypnutí/Hands-Off – kde AI provádí úkol a lékař vstoupí pouze na žádost AI

• Kompletní průvodce AI – kde AI dokončí úkol

Nakonec článek klasifikuje současné systémy do těchto kategorií a pojednává o výzkumných problémech umožňujících vyšší úrovně vedení AI. Výzkumníci zejména zdůrazňují kritické překážky širokého klinického přijetí, jako je potřeba zaručit bezpečnost, fungovat v rámci regulačního prostředí, vyvíjet rozhraní AI pro lékaře, která jsou intuitivní na jakékoli úrovni vedení AI, a schopnost integrovat požadovanou technologii do všech aspektů klinického pracovního postupu.

Ačkoli Alterovitz uznal mnoho výzev, které je třeba překonat, vyjádřil své myšlenky na budoucnost vedení AI v lékařských postupech.

„Průlomy v oblasti umělé inteligence a robotiky budou i nadále umožňovat zvyšování úrovně navádění umělou inteligencí a robotické automatizace lékařských postupů,“ řekl Alterovitz. „Umělá inteligence a robotika mohou lékařům poskytnout nové nástroje, díky nimž budou náročné postupy bezpečnější a efektivnější.“

Zdroje: