AI og robotteknologi transformerer præcision i medicinske nåleprocedurer

AI og robotteknologi transformerer præcision i medicinske nåleprocedurer

Forestil dig en læge, der forsøger at nå en kræftknude dybt i en patients lunge - et mål på størrelse med en ært gemt bag en labyrint af kritiske blodkar og luftveje, der skifter for hvert åndedrag. En millimeter af en strækning kan trænge ind i en stor arterie, og fald kan betyde, at kræften mangler helt og får lov til at sprede sig, hvis den ikke behandles.

Dette er i tusindvis af procedurer hver dag, hvor nøjagtighed er afgørende, og opgaven er udsat for anatomiske forhindringer, der ikke er gennemtrængelige eller følsomme. Kan kunstig intelligens (AI) og robotter hjælpe med at overvinde disse udfordringer og forbedre patientresultaterne?

En ny æra med "AI-lederskab" er i medicin. Robotter med avanceret kunstig intelligens kan hjælpe læger og automatisere visse opgaver, hvilket gør en hidtil uset nøjagtighed og komplekse procedurer sikrere og mere effektive. “

Ron Alterovitz, Lawrence Grossberg, der er professor ved Institut for Datalogi

En ny artikel iVidenskab robotik Formaliserer konceptet med AI-vejledning til medicinske nåleprocedurer og skitserer niveauerne af AI-vejledning for hver komponent. Forfatterne definerer fire komponenter i AI-vejledning: opfattelse af anatomi, planlægning af instrumentbevægelser, opfattelse af instrumentstatus og udførelse af instrumentbevægelser under en procedure. AI-guidede robotter kan opnå større nøjagtighed og præcision i nåleføring end menneskelige læger, samtidig med at de muliggør brugen af ​​banebrydende nåledesign, der kan bue gennem kroppen.

Papiret, "Medical Needles in the Hands of AI: Toward Autonomous Robot Navigation," blev skrevet af Alterovitz, såvel som Janine Hoelscher fra Clemson University og Alan Kuntz fra University of Utah. Hoelscher og Kuntz har tidligere afsluttet doktorgradsarbejde i datalogi ved UNC med Alterovitz som rådgiver.

Tiden for AI-ledelse

I årtier har læger stolet på billedvejledning og brugen af ​​røntgenstråler, computertomografi (CT) og magnetisk resonans (MR) billeder til at visualisere en patients anatomi og nålestiplan før en procedure. Dette fremskridt, der stammer fra opdagelsen af ​​røntgenstråler i slutningen af ​​det 19. århundrede, tillod sikrere adgang til punkter i kroppen.

Nylige fremskridt inden for kunstig intelligens muliggør nu et spring fremad. AI kan automatisk analysere billeder, identificere mål og forhindringer, beregne sikre baner og endda selvstændigt guide robotnåle rundt i følsomt væv på steder dybt inde i kroppen. Et sådant eksempel, demonstreret af et team af forskere ved University of North Carolina ved Chapel Hill, Vanderbilt University og University of Utah, demonstrerede en medicinsk robot, der selvstændigt kan rette en nål til klinisk relevante mål i en lunge med høj nøjagtighed i levende væv, hvilket viser bedre ydeevne end traditionelle værktøjer alene. Forfatterne beskriver dette transformative skift fra billedvejledning til AI-vejledning, hvorved AI hjælper med at opfatte patientens anatomi, spore fremskridt gennem proceduren, planlægge instrumentbevægelser og endda udføre disse anmodninger.

"I årtier har visuel vejledning hjulpet læger med bedre at planlægge og udføre medicinske procedurer," sagde Alterovitz. "AI-vejledningen går endnu længere for at gøre procedurer sikrere og mindre invasive."

Artiklen formaliserer konceptet med AI-vejledning, som udnytter AI til at forbedre lægens ydeevne og skabe byggesten til større niveauer af robotautonomi. Artiklen definerer de fire komponenter i AI-vejledning som:

1. Opfatter anatomi

2. Planlægning af instrumentbevægelser

3. Opfattelse af instrumenttilstand

4. Udfør instrumentbevægelser under en procedure

Hver af disse fire komponenter kan give sit eget niveau af AI-vejledning:

• Eye-On/Practice-On-hvor lægen udfører opgaven med AI, der yder assistance

• Eyes-on/Hands-Off-hvor AI'en udfører opgaven, mens lægen overvåger AI'en og er klar til at gribe ind i usædvanlige situationer

• Shutdown/Hands-Off-hvor AI udfører opgaven, og lægen kun går ind, når AI'en anmoder om det

• Komplet AI-guide – hvor AI’en fuldfører opgaven

Endelig klassificerer artiklen nuværende systemer i disse kategorier og diskuterer forskningsudfordringer for at muliggøre højere niveauer af AI-vejledning. Især fremhæver forskere kritiske barrierer for udbredt klinisk adoption, såsom behovet for at garantere sikkerhed, operere inden for det regulatoriske miljø, udvikle læge-AI-grænseflader, der er intuitive på ethvert niveau af AI-vejledning, og evnen til at integrere nødvendig teknologi i alle aspekter af en klinisk arbejdsgang.

Selvom Alterovitz erkendte de mange udfordringer, der stadig mangler at blive overvundet, udtrykte han sine tanker om fremtiden for AI-vejledning i medicinske procedurer.

"Gennembrud inden for AI og robotteknologi vil fortsætte med at muliggøre stigende niveauer af AI-vejledning og robotautomatisering til medicinske procedurer," sagde Alterovitz. "AI og robotteknologi kan give læger nye værktøjer til at gøre udfordrende procedurer sikrere og mere effektive."

Kilder: