Sztuczna inteligencja i robotyka zmieniają precyzję zabiegów igłowych w medycynie

Sztuczna inteligencja i robotyka zmieniają precyzję zabiegów igłowych w medycynie

Wyobraź sobie lekarza próbującego dotrzeć do guzka nowotworowego znajdującego się głęboko w płucu pacjenta – celu wielkości ziarnka grochu ukrytego za labiryntem krytycznych naczyń krwionośnych i dróg oddechowych, które zmieniają się z każdym oddechem. Milimetr rozciągnięcia może przeniknąć przez dużą tętnicę, a upadek może oznaczać całkowity brak nowotworu i możliwość rozprzestrzenienia się, jeśli nie będzie leczony.

Dotyczy to tysięcy procedur wykonywanych każdego dnia, podczas których dokładność ma kluczowe znaczenie, a podczas wykonywania zadania występują przeszkody anatomiczne, których nie da się przeniknąć ani które są wrażliwe. Czy sztuczna inteligencja (AI) i roboty mogą pomóc pokonać te wyzwania i poprawić wyniki leczenia pacjentów?

Nowa era „przywództwa AI” nadeszła w medycynie. Roboty wyposażone w zaawansowaną sztuczną inteligencję mogą pomagać lekarzom i automatyzować niektóre zadania, dzięki czemu niespotykana dotąd dokładność i złożone procedury stają się bezpieczniejsze i skuteczniejsze. „

Ron Alterovitz, Lawrence Grossberg, który jest profesorem na Wydziale Informatyki

Nowy artykuł wNauka Robotyka Formalizuje koncepcję wytycznych AI w zakresie procedur medycznych z użyciem igieł i określa poziomy wytycznych AI dla każdego komponentu. Autorzy definiują cztery elementy wskazówek AI: percepcja anatomii, planowanie ruchów narzędzi, percepcja stanu narzędzi i wykonywanie ruchów instrumentów podczas zabiegu. Roboty sterowane sztuczną inteligencją mogą osiągnąć większą dokładność i precyzję prowadzenia igieł niż lekarze-ludzi, umożliwiając jednocześnie stosowanie najnowocześniejszych konstrukcji igieł, które mogą zakrzywiać się w ciele.

Artykuł zatytułowany „Medical Needles in the Hands of AI: Toward Autonomous Robot nawigacji” został napisany przez Alterovitza, a także Janine Hoelscher z Clemson University i Alana Kuntza z University of Utah. Hoelscher i Kuntz ukończyli wcześniej pracę doktorską w dziedzinie informatyki na UNC pod okiem Alterovitza jako doradcy.

Era przywództwa AI

Przez dziesięciolecia lekarze polegali na obrazowaniu oraz na wykorzystaniu zdjęć rentgenowskich, tomografii komputerowej (CT) i rezonansu magnetycznego (MR) w celu wizualizacji anatomii pacjenta i planu ścieżki igły przed zabiegiem. Postęp ten, wynikający z odkrycia promieni rentgenowskich pod koniec XIX wieku, umożliwił bezpieczniejszy dostęp do punktów w ciele.

Najnowsze postępy w dziedzinie sztucznej inteligencji umożliwiają teraz krok naprzód. Sztuczna inteligencja może automatycznie analizować obrazy, identyfikować cele i przeszkody, obliczać bezpieczne trajektorie, a nawet autonomicznie kierować igłami robota wokół wrażliwych tkanek w miejscach głęboko w ciele. Jeden z takich przykładów, zademonstrowany przez zespół naukowców z Uniwersytetu Północnej Karoliny w Chapel Hill, Uniwersytetu Vanderbilt i Uniwersytetu w Utah, zademonstrował robota medycznego, który może autonomicznie kierować igłę do istotnych klinicznie celów w płucach z dużą dokładnością w żywej tkance, wykazując lepszą wydajność niż same tradycyjne narzędzia. Autorzy opisują to transformacyjne przejście od wskazówek obrazowych do wskazówek AI, w ramach których sztuczna inteligencja pomaga w postrzeganiu anatomii pacjenta, śledzeniu postępów w trakcie zabiegu, planowaniu ruchów instrumentów, a nawet wykonywaniu tych poleceń.

„Przez dziesięciolecia wskazówki wizualne pomagały lekarzom lepiej planować i przeprowadzać procedury medyczne” – powiedział Alterovitz. „Wytyczne AI idą jeszcze dalej, aby procedury były bezpieczniejsze i mniej inwazyjne”.

Artykuł formalizuje koncepcję wskazówek AI, która wykorzystuje sztuczną inteligencję do poprawy wydajności lekarzy i tworzenia elementów składowych zapewniających większy poziom autonomii robotów. W artykule zdefiniowano cztery elementy wytycznych AI jako:

1. Postrzeganie anatomii

2. Planowanie ruchów instrumentów

3. Postrzeganie stanu przyrządu

4. Wykonuj ruchy instrumentem podczas zabiegu

Każdy z tych czterech komponentów może zapewnić własny poziom wskazówek AI:

• Eye-On/Practice-On – gdzie lekarz wykonuje zadanie przy wsparciu AI

• Eyes on/Hands Off – gdzie sztuczna inteligencja wykonuje zadanie, podczas gdy lekarz monitoruje sztuczną inteligencję i jest gotowy do interwencji w nietypowych sytuacjach

• Wyłączenie/Hands-Off – gdy sztuczna inteligencja wykonuje zadanie, a lekarz wchodzi tylko na żądanie AI

• Kompletny przewodnik AI – w którym AI wykonuje zadanie

Na koniec w artykule sklasyfikowano obecne systemy w te kategorie i omówiono wyzwania badawcze mające na celu umożliwienie wyższego poziomu wskazówek dotyczących sztucznej inteligencji. W szczególności badacze podkreślają krytyczne bariery utrudniające powszechne zastosowanie kliniczne, takie jak konieczność zagwarantowania bezpieczeństwa, działania w środowisku regulacyjnym, opracowania interfejsów lekarz-sztuczna inteligencja, które będą intuicyjne na każdym poziomie wskazówek dotyczących sztucznej inteligencji oraz możliwość zintegrowania wymaganej technologii ze wszystkimi aspektami przepływu pracy klinicznej.

Chociaż Alterovitz przyznał, że pozostaje wiele wyzwań do pokonania, wyraził swoje przemyślenia na temat przyszłości wytycznych AI w procedurach medycznych.

„Przełomy w sztucznej inteligencji i robotyce będą w dalszym ciągu umożliwiać zwiększanie poziomu wskazówek dotyczących sztucznej inteligencji i automatyzacji procedur medycznych” – powiedział Alterovitz. „Sztuczna inteligencja i robotyka mogą zapewnić lekarzom nowe narzędzia, dzięki którym trudne procedury staną się bezpieczniejsze i skuteczniejsze”.

Źródła: