IA e robótica estão transformando a precisão em procedimentos médicos com agulhas

IA e robótica estão transformando a precisão em procedimentos médicos com agulhas

Imagine um médico tentando alcançar um nódulo canceroso nas profundezas do pulmão de um paciente – um alvo do tamanho de uma ervilha escondido atrás de um labirinto de vasos sanguíneos e vias aéreas essenciais que mudam a cada respiração. Um milímetro de estiramento pode penetrar em uma grande artéria, e a queda pode significar que o câncer está totalmente desaparecido e pode se espalhar se não for tratado.

Isto ocorre em milhares de procedimentos diários nos quais a precisão é crítica e a tarefa é exposta a obstáculos anatômicos que não são penetráveis ​​ou sensíveis. A inteligência artificial (IA) e os robôs podem ajudar a superar esses desafios e melhorar os resultados dos pacientes?

Uma nova era de “liderança em IA” está na medicina. Robôs com IA avançada podem ajudar médicos e automatizar certas tarefas, tornando uma precisão sem precedentes e procedimentos complexos mais seguros e eficazes. “

Ron Alterovitz, Lawrence Grossberg, professor do Departamento de Ciência da Computação

Um novo artigo emRobótica Científica Formaliza o conceito de orientação de IA para procedimentos de agulhas médicas e descreve os níveis de orientação de IA para cada componente. Os autores definem quatro componentes da orientação da IA: percepção da anatomia, planejamento dos movimentos do instrumento, percepção do status do instrumento e execução dos movimentos do instrumento durante um procedimento. Os robôs guiados por IA podem alcançar maior exatidão e precisão na orientação das agulhas do que os médicos humanos, ao mesmo tempo que permitem o uso de designs de agulhas de última geração que podem curvar-se através do corpo.

O artigo, “Agulhas Médicas nas Mãos da IA: Rumo à Navegação Autônoma de Robôs”, foi escrito por Alterovitz, bem como por Janine Hoelscher, da Universidade Clemson, e Alan Kuntz, da Universidade de Utah. Hoelscher e Kuntz concluíram anteriormente o trabalho de doutorado em ciência da computação na UNC, com Alterovitz como orientador.

A era da liderança em IA

Durante décadas, os médicos confiaram na orientação por imagem e no uso de imagens de raios X, tomografia computadorizada (TC) e ressonância magnética (RM) para visualizar a anatomia de um paciente e o plano do trajeto da agulha antes de um procedimento. Esse avanço, decorrente da descoberta dos raios X no final do século XIX, permitiu um acesso mais seguro a pontos do corpo.

Os avanços recentes na IA permitem agora um salto em frente. A IA pode analisar imagens automaticamente, identificar alvos e obstáculos, calcular trajetórias seguras e até mesmo guiar agulhas robóticas de forma autônoma em torno de tecidos sensíveis em locais profundos do corpo. Um exemplo, demonstrado por uma equipe de pesquisadores da Universidade da Carolina do Norte em Chapel Hill, da Universidade Vanderbilt e da Universidade de Utah, demonstrou um robô médico que pode direcionar autonomamente uma agulha para alvos clinicamente relevantes em um pulmão com alta precisão em tecido vivo, demonstrando melhor desempenho do que as ferramentas tradicionais por si só. Os autores descrevem esta mudança transformadora da orientação por imagem para a orientação por IA, em que a IA auxilia na percepção da anatomia do paciente, no acompanhamento do progresso durante o procedimento, no planejamento dos movimentos dos instrumentos e até mesmo na execução dessas solicitações.

“Durante décadas, a orientação visual ajudou os médicos a planejar e executar melhor os procedimentos médicos”, disse Alterovitz. “A orientação da IA ​​vai ainda mais longe para tornar os procedimentos mais seguros e menos invasivos.”

O artigo formaliza o conceito de orientação por IA, que aproveita a IA para melhorar o desempenho do médico e criar blocos de construção para maiores níveis de autonomia robótica. O artigo define os quatro componentes da orientação de IA como:

1. Percebendo a anatomia

2. Planejando movimentos de instrumentos

3. Percepção do estado do instrumento

4. Executar movimentos do instrumento durante um procedimento

Cada um desses quatro componentes pode fornecer seu próprio nível de orientação de IA:

• Eye-On/Practice-On - onde o médico realiza a tarefa com IA fornecendo assistência

• Eyes-on/Hands-Off - onde a IA executa a tarefa enquanto o médico monitora a IA e está pronto para intervir em situações incomuns

• Desligamento/Hands-Off-onde a IA realiza a tarefa e o médico só entra quando solicitado pela IA

• Guia completo de IA – onde a IA completa a tarefa

Finalmente, o artigo classifica os sistemas atuais nestas categorias e discute os desafios da investigação para permitir níveis mais elevados de orientação em IA. Em particular, os investigadores destacam barreiras críticas à adopção clínica generalizada, tais como a necessidade de garantir a segurança, operar dentro do ambiente regulamentar, desenvolver interfaces médico-IA que sejam intuitivas em qualquer nível de orientação da IA, e a capacidade de integrar a tecnologia necessária em todos os aspectos de um fluxo de trabalho clínico.

Embora Alterovitz reconhecesse os muitos desafios que ainda precisavam ser superados, ele expressou suas idéias sobre o futuro da orientação de IA em procedimentos médicos.

“Avanços em IA e robótica continuarão a permitir níveis crescentes de orientação de IA e automação robótica para procedimentos médicos”, disse Alterovitz. “A IA e a robótica podem fornecer aos médicos novas ferramentas para tornar procedimentos desafiadores mais seguros e eficazes.”

Fontes: