L’intelligenza artificiale e la robotica stanno trasformando la precisione nelle procedure con aghi medici

L’intelligenza artificiale e la robotica stanno trasformando la precisione nelle procedure con aghi medici

Immaginate un medico che cerca di raggiungere un nodulo canceroso nel profondo del polmone di un paziente – un bersaglio delle dimensioni di un pisello nascosto dietro un labirinto di vasi sanguigni e vie aeree critici che si spostano ad ogni respiro. Un millimetro di stiramento può penetrare in una grande arteria e una caduta potrebbe significare che il cancro viene completamente scomparso e può diffondersi se non trattato.

Questo accade ogni giorno in migliaia di procedure in cui la precisione è fondamentale e il compito è esposto a ostacoli anatomici non penetrabili o sensibili. L’intelligenza artificiale (AI) e i robot possono aiutare a superare queste sfide e migliorare i risultati dei pazienti?

Una nuova era di “leadership nell’intelligenza artificiale” è in medicina. I robot con intelligenza artificiale avanzata possono assistere i medici e automatizzare determinati compiti, rendendo le procedure complesse e precise senza precedenti più sicure ed efficaci. “

Ron Alterovitz, Lawrence Grossberg, professore presso il Dipartimento di Informatica

Un nuovo articolo inRobotica scientifica Formalizza il concetto di guida dell'IA per le procedure con aghi medici e delinea i livelli di guida dell'IA per ciascun componente. Gli autori definiscono quattro componenti della guida AI: percezione dell'anatomia, pianificazione dei movimenti dello strumento, percezione dello stato dello strumento ed esecuzione dei movimenti dello strumento durante una procedura. I robot guidati dall’intelligenza artificiale possono ottenere una maggiore accuratezza e precisione nella guida dell’ago rispetto ai medici umani, consentendo al tempo stesso l’uso di aghi all’avanguardia che possono curvarsi attraverso il corpo.

L’articolo, “Medical Needles in the Hands of AI: Toward Autonomous Robot Navigation”, è stato scritto da Alterovitz, insieme a Janine Hoelscher della Clemson University e Alan Kuntz dell’Università dello Utah. Hoelscher e Kuntz avevano già completato il dottorato in informatica presso l'UNC con Alterovitz come consulente.

L’era della leadership dell’IA

Per decenni, i medici hanno fatto affidamento sulla guida delle immagini e sull'uso di raggi X, tomografia computerizzata (TC) e immagini di risonanza magnetica (MR) per visualizzare l'anatomia del paziente e il piano del percorso dell'ago prima di una procedura. Questo progresso, derivante dalla scoperta dei raggi X alla fine del XIX secolo, ha consentito un accesso più sicuro ai punti all’interno del corpo.

I recenti progressi nell’intelligenza artificiale consentono ora un balzo in avanti. L’intelligenza artificiale può analizzare automaticamente le immagini, identificare bersagli e ostacoli, calcolare traiettorie sicure e persino guidare autonomamente gli aghi robotici attorno ai tessuti sensibili in punti profondi del corpo. Uno di questi esempi, dimostrato da un team di ricercatori dell’Università della Carolina del Nord a Chapel Hill, della Vanderbilt University e dell’Università dello Utah, ha dimostrato un robot medico in grado di dirigere autonomamente un ago verso obiettivi clinicamente rilevanti in un polmone con elevata precisione nei tessuti viventi, dimostrando prestazioni migliori rispetto ai soli strumenti tradizionali. Gli autori descrivono questo passaggio trasformativo dalla guida tramite immagini alla guida basata sull’intelligenza artificiale, in cui l’intelligenza artificiale aiuta a percepire l’anatomia del paziente, a monitorare i progressi attraverso la procedura, a pianificare i movimenti dello strumento e persino a eseguire queste richieste.

"Per decenni, la guida visiva ha aiutato i medici a pianificare ed eseguire meglio le procedure mediche", ha affermato Alterovitz. “La guida basata sull’intelligenza artificiale va ancora oltre per rendere le procedure più sicure e meno invasive”.

L’articolo formalizza il concetto di guida basata sull’intelligenza artificiale, che sfrutta l’intelligenza artificiale per migliorare le prestazioni dei medici e creare elementi costitutivi per maggiori livelli di autonomia robotica. L'articolo definisce le quattro componenti dell'orientamento dell'IA come:

1. Percepire l'anatomia

2. Pianificazione dei movimenti degli strumenti

3. Percezione dello stato dello strumento

4. Eseguire movimenti dello strumento durante una procedura

Ciascuno di questi quattro componenti può fornire il proprio livello di guida dell’IA:

• Eye-On/Practice-On: dove il medico esegue l'attività con l'intelligenza artificiale che fornisce assistenza

• Eyes-on/Hands-Off-dove l'IA esegue il compito mentre il medico monitora l'IA ed è pronto a intervenire in situazioni insolite

• Shutdown/Hands-Off-dove l'IA esegue il compito e il medico entra solo quando richiesto dall'AI

• Guida AI completa – dove l’IA completa l’attività

Infine, l’articolo classifica i sistemi attuali in queste categorie e discute le sfide della ricerca per consentire livelli più elevati di guida dell’IA. In particolare, i ricercatori evidenziano gli ostacoli critici a un’adozione clinica diffusa, come la necessità di garantire la sicurezza, operare all’interno dell’ambiente normativo, sviluppare interfacce medico-intelligenza artificiale intuitive a qualsiasi livello di guida dell’intelligenza artificiale e la capacità di integrare la tecnologia richiesta in tutti gli aspetti di un flusso di lavoro clinico.

Pur riconoscendo le numerose sfide ancora da superare, Alterovitz ha espresso il suo pensiero sul futuro della guida dell’IA nelle procedure mediche.

“Le scoperte nel campo dell’intelligenza artificiale e della robotica continueranno a consentire livelli crescenti di guida dell’intelligenza artificiale e di automazione robotica per le procedure mediche”, ha affermato Alterovitz. “L’intelligenza artificiale e la robotica possono fornire ai medici nuovi strumenti per rendere le procedure impegnative più sicure ed efficaci”.

Fonti: