La IA y la robótica están transformando la precisión en los procedimientos médicos con agujas

La IA y la robótica están transformando la precisión en los procedimientos médicos con agujas

Imagine a un médico tratando de alcanzar un nódulo canceroso en lo profundo del pulmón de un paciente: un objetivo del tamaño de un guisante escondido detrás de un laberinto de vasos sanguíneos y vías respiratorias críticos que se desplazan con cada respiración. Un milímetro de estiramiento puede penetrar una arteria grande, y una caída podría significar que el cáncer desaparece por completo y se permite que se propague si no se trata.

Esto ocurre en miles de procedimientos cada día en los que la precisión es fundamental y la tarea está expuesta a obstáculos anatómicos que no son penetrables ni sensibles. ¿Pueden la inteligencia artificial (IA) y los robots ayudar a superar estos desafíos y mejorar los resultados de los pacientes?

Una nueva era de “liderazgo en IA” está en la medicina. Los robots con IA avanzada pueden ayudar a los médicos y automatizar determinadas tareas, haciendo que los procedimientos complejos y de precisión sin precedentes sean más seguros y eficaces. “

Ron Alterovitz, Lawrence Grossberg, profesor del Departamento de Ciencias de la Computación

Un nuevo artículo enRobótica científica Formaliza el concepto de guía de IA para procedimientos con agujas médicas y describe los niveles de guía de IA para cada componente. Los autores definen cuatro componentes de la guía de la IA: percepción de la anatomía, planificación de los movimientos del instrumento, percepción del estado del instrumento y ejecución de los movimientos del instrumento durante un procedimiento. Los robots guiados por IA pueden lograr mayor exactitud y precisión en la guía de agujas que los médicos humanos, al tiempo que permiten el uso de diseños de agujas de vanguardia que pueden curvarse a través del cuerpo.

El artículo, “Agujas médicas en manos de la IA: hacia la navegación robótica autónoma”, fue escrito por Alterovitz, así como por Janine Hoelscher de la Universidad de Clemson y Alan Kuntz de la Universidad de Utah. Hoelscher y Kuntz completaron previamente un trabajo de doctorado en informática en la UNC con Alterovitz como asesor.

La era del liderazgo en IA

Durante décadas, los médicos han confiado en la guía por imágenes y el uso de rayos X, tomografía computarizada (TC) e imágenes de resonancia magnética (RM) para visualizar la anatomía del paciente y el plan de recorrido de la aguja antes de un procedimiento. Este avance, derivado del descubrimiento de los rayos X a finales del siglo XIX, permitió un acceso más seguro a puntos del cuerpo.

Los recientes avances en IA permiten ahora un salto adelante. La IA puede analizar imágenes automáticamente, identificar objetivos y obstáculos, calcular trayectorias seguras e incluso guiar de forma autónoma agujas robóticas alrededor de tejidos sensibles en lugares profundos del cuerpo. Uno de esos ejemplos, demostrado por un equipo de investigadores de la Universidad de Carolina del Norte en Chapel Hill, la Universidad de Vanderbilt y la Universidad de Utah, demostró un robot médico que puede dirigir de forma autónoma una aguja a objetivos clínicamente relevantes en un pulmón con alta precisión en tejido vivo, demostrando un mejor rendimiento que las herramientas tradicionales por sí solas. Los autores describen este cambio transformador de la guía por imágenes a la guía por IA, mediante la cual la IA ayuda a percibir la anatomía del paciente, rastrear el progreso a través del procedimiento, planificar los movimientos de los instrumentos e incluso ejecutar estas solicitudes.

"Durante décadas, la guía visual ha ayudado a los médicos a planificar y realizar mejor los procedimientos médicos", dijo Alterovitz. "La guía de IA va aún más allá para hacer que los procedimientos sean más seguros y menos invasivos".

El artículo formaliza el concepto de guía de IA, que aprovecha la IA para mejorar el desempeño de los médicos y crear componentes básicos para mayores niveles de autonomía robótica. El artículo define los cuatro componentes de la orientación de la IA como:

1. Percibir la anatomía

2. Planificación de movimientos de instrumentos.

3. Percepción del estado del instrumento.

4. Realizar movimientos de instrumentos durante un procedimiento.

Cada uno de estos cuatro componentes puede proporcionar su propio nivel de orientación de IA:

• Eye-On/Practice-On: donde el médico realiza la tarea con IA brindando asistencia

• Eyes-on/Hands-Off: donde la IA realiza la tarea mientras el médico monitorea la IA y está listo para intervenir en situaciones inusuales.

• Shutdown/Hands-Off: donde la IA realiza la tarea y el médico solo ingresa cuando la IA lo solicita

• Guía completa de IA: donde la IA completa la tarea

Finalmente, el artículo clasifica los sistemas actuales en estas categorías y analiza los desafíos de la investigación para permitir niveles más altos de orientación de la IA. En particular, los investigadores destacan barreras críticas para la adopción clínica generalizada, como la necesidad de garantizar la seguridad, operar dentro del entorno regulatorio, desarrollar interfaces médico-IA que sean intuitivas en cualquier nivel de orientación de la IA y la capacidad de integrar la tecnología requerida en todos los aspectos de un flujo de trabajo clínico.

Aunque Alterovitz reconoció los numerosos desafíos que aún quedaban por superar, expresó su opinión sobre el futuro de la orientación de la IA en los procedimientos médicos.

"Los avances en IA y robótica seguirán permitiendo niveles cada vez mayores de orientación por IA y automatización robótica para procedimientos médicos", afirmó Alterovitz. "La IA y la robótica pueden proporcionar a los médicos nuevas herramientas para hacer que los procedimientos desafiantes sean más seguros y eficaces".

Fuentes: