L'IA et la robotique transforment la précision des procédures d'aiguilles médicales

L'IA et la robotique transforment la précision des procédures d'aiguilles médicales

Imaginez un médecin essayant d'atteindre un nodule cancéreux au plus profond du poumon d'un patient - une cible de la taille d'un pois cachée derrière un labyrinthe de vaisseaux sanguins et de voies respiratoires critiques qui changent à chaque respiration. Un millimètre d'étirement peut pénétrer dans une grosse artère, et une chute pourrait signifier que le cancer est complètement absent et qu'il peut se propager s'il n'est pas traité.

Cela se produit chaque jour dans des milliers de procédures dans lesquelles la précision est essentielle et où la tâche est exposée à des obstacles anatomiques qui ne sont ni pénétrables ni sensibles. L’intelligence artificielle (IA) et les robots peuvent-ils aider à surmonter ces défis et à améliorer les résultats pour les patients ?

Une nouvelle ère de « leadership en IA » s’ouvre en médecine. Les robots dotés d’une IA avancée peuvent aider les médecins et automatiser certaines tâches, rendant ainsi une précision sans précédent et des procédures complexes plus sûres et plus efficaces. "

Ron Alterovitz, Lawrence Grossberg, professeur au Département d'informatique

Un nouvel article dansRobotique scientifique Formalise le concept de guidage par IA pour les procédures d'aiguilles médicales et décrit les niveaux de guidage par IA pour chaque composant. Les auteurs définissent quatre composantes du guidage par l’IA : la perception de l’anatomie, la planification des mouvements des instruments, la perception de l’état des instruments et l’exécution des mouvements des instruments au cours d’une procédure. Les robots guidés par l'IA peuvent atteindre une plus grande exactitude et précision dans le guidage des aiguilles que les médecins humains, tout en permettant l'utilisation de conceptions d'aiguilles de pointe qui peuvent se courber à travers le corps.

L'article intitulé « Des aiguilles médicales entre les mains de l'IA : vers une navigation robotique autonome » a été rédigé par Alterovitz, ainsi que par Janine Hoelscher de l'Université de Clemson et Alan Kuntz de l'Université de l'Utah. Hoelscher et Kuntz ont déjà effectué des travaux de doctorat en informatique à l'UNC avec Alterovitz comme conseiller.

L’ère du leadership en IA

Pendant des décennies, les médecins se sont appuyés sur le guidage par imagerie et sur l'utilisation de rayons X, de tomodensitométrie (TDM) et d'images par résonance magnétique (IRM) pour visualiser l'anatomie d'un patient et le plan de trajet de l'aiguille avant une intervention. Cette avancée, issue de la découverte des rayons X à la fin du XIXe siècle, a permis un accès plus sûr à des points du corps.

Les progrès récents de l’IA permettent désormais de faire un bond en avant. L’IA peut analyser automatiquement les images, identifier les cibles et les obstacles, calculer des trajectoires sûres et même guider de manière autonome des aiguilles robotiques autour des tissus sensibles à des endroits profonds du corps. Un tel exemple, démontré par une équipe de chercheurs de l'Université de Caroline du Nord à Chapel Hill, de l'Université Vanderbilt et de l'Université de l'Utah, a démontré un robot médical capable de diriger de manière autonome une aiguille vers des cibles cliniquement pertinentes dans un poumon avec une grande précision dans les tissus vivants, démontrant de meilleures performances que les outils traditionnels seuls. Les auteurs décrivent ce changement transformateur du guidage par image au guidage par l'IA, dans lequel l'IA aide à percevoir l'anatomie du patient, à suivre la progression de la procédure, à planifier les mouvements des instruments et même à exécuter ces demandes.

"Pendant des décennies, le guidage visuel a aidé les médecins à mieux planifier et réaliser des procédures médicales", a déclaré Alterovitz. "Les directives de l'IA vont encore plus loin pour rendre les procédures plus sûres et moins invasives."

L’article formalise le concept de guidage par l’IA, qui exploite l’IA pour améliorer les performances des médecins et créer des éléments de base pour de plus grands niveaux d’autonomie robotique. L'article définit les quatre composantes des conseils en matière d'IA comme suit :

1. Percevoir l'anatomie

2. Planification des mouvements des instruments

3. Perception de l'état de l'instrument

4. Effectuer des mouvements d’instruments pendant une procédure

Chacun de ces quatre composants peut fournir son propre niveau de guidage en matière d'IA :

• Eye-On/Practice-On : le médecin effectue la tâche avec l'aide de l'IA.

• Eyes-on/Hands-Off : l'IA effectue la tâche pendant que le médecin surveille l'IA et est prêt à intervenir dans des situations inhabituelles.

• Arrêt/Intervention - où l'IA effectue la tâche et le médecin n'entre que lorsque l'IA le demande

• Guide complet de l'IA – où l'IA termine la tâche

Enfin, l’article classe les systèmes actuels dans ces catégories et discute des défis de recherche pour permettre des niveaux plus élevés de guidage de l’IA. En particulier, les chercheurs mettent en évidence les obstacles critiques à une adoption clinique généralisée, tels que la nécessité de garantir la sécurité, d’opérer dans l’environnement réglementaire, de développer des interfaces médecin-IA intuitives à tous les niveaux de guidage de l’IA et la capacité d’intégrer la technologie requise dans tous les aspects d’un flux de travail clinique.

Bien qu’Alterovitz ait reconnu les nombreux défis qui restent à surmonter, il a exprimé ses réflexions sur l’avenir du guidage par l’IA dans les procédures médicales.

« Les avancées dans le domaine de l’IA et de la robotique continueront à permettre des niveaux croissants de guidage par l’IA et d’automatisation robotique pour les procédures médicales », a déclaré Alterovitz. « L’IA et la robotique peuvent fournir aux médecins de nouveaux outils pour rendre les procédures difficiles plus sûres et plus efficaces. »

Sources :