Umetna inteligenca in robotika spreminjata natančnost pri postopkih z medicinsko iglo

Umetna inteligenca in robotika spreminjata natančnost pri postopkih z medicinsko iglo

Predstavljajte si zdravnika, ki poskuša doseči rakavi vozlič globoko v pacientovih pljučih – tarčo velikosti graha, skrito za labirintom kritičnih krvnih žil in dihalnih poti, ki se premikajo z vsakim vdihom. Milimeter raztezanja lahko prodre v veliko arterijo in padec lahko pomeni, da rak v celoti manjka in se lahko širi, če ga ne zdravimo.

To je pri tisočih postopkih vsak dan, pri katerih je natančnost ključnega pomena, naloga pa je izpostavljena anatomskim oviram, ki niso prebojne ali občutljive. Ali lahko umetna inteligenca (AI) in roboti pomagajo premagati te izzive in izboljšati rezultate bolnikov?

V medicini je nova doba »vodstva AI«. Roboti z napredno umetno inteligenco lahko pomagajo zdravnikom in avtomatizirajo določene naloge, s čimer naredijo izjemno natančnost in zapletene postopke varnejše in učinkovitejše. “

Ron Alterovitz, Lawrence Grossberg, ki je profesor na oddelku za računalništvo

Nov članek vZnanstvena robotika Formalizira koncept smernic z umetno inteligenco za postopke z medicinsko iglo in opisuje ravni smernic z umetno inteligenco za vsako komponento. Avtorji opredeljujejo štiri komponente vodenja z umetno inteligenco: zaznavanje anatomije, načrtovanje gibov instrumentov, zaznavanje stanja instrumentov in izvajanje gibov instrumentov med posegom. Roboti, vodeni z umetno inteligenco, lahko dosežejo večjo točnost in natančnost pri vodenju igle kot človeški zdravniki, hkrati pa omogočajo uporabo najsodobnejših zasnov igel, ki se lahko ukrivijo skozi telo.

Prispevek »Medicinske igle v rokah umetne inteligence: proti avtonomni robotski navigaciji« so napisali Alterovitz, pa tudi Janine Hoelscher z univerze Clemson in Alan Kuntz z univerze v Utahu. Hoelscher in Kuntz sta predhodno zaključila doktorat iz računalništva na UNC z Alterovitzom kot svetovalcem.

Obdobje vodstva AI

Zdravniki so se desetletja zanašali na slikovno vodenje in uporabo rentgenskih žarkov, računalniške tomografije (CT) in magnetne resonance (MR) za vizualizacijo bolnikove anatomije in načrta poti igle pred posegom. Ta napredek, ki izhaja iz odkritja rentgenskih žarkov v poznem 19. stoletju, je omogočil varnejši dostop do točk v telesu.

Nedavni napredek v AI zdaj omogoča skok naprej. AI lahko samodejno analizira slike, prepozna cilje in ovire, izračuna varne trajektorije in celo avtonomno vodi robotske igle okoli občutljivih tkiv na lokacijah globoko v telesu. En tak primer, ki ga je prikazala skupina raziskovalcev na Univerzi Severne Karoline v Chapel Hillu, Univerzi Vanderbilt in Univerzi v Utahu, je pokazal medicinskega robota, ki lahko avtonomno usmerja iglo na klinično pomembne tarče v pljučih z visoko natančnostjo v živem tkivu, kar kaže na boljšo učinkovitost kot samo tradicionalna orodja. Avtorji opisujejo ta transformativni premik od slikovnega vodenja k vodenju z umetno inteligenco, pri čemer umetna inteligenca pomaga pri zaznavanju pacientove anatomije, sledenju napredka skozi postopek, načrtovanju premikov instrumentov in celo izvajanju teh zahtev.

"Vizualno vodenje je že desetletja pomagalo zdravnikom pri boljšem načrtovanju in izvajanju medicinskih postopkov," je dejal Alterovitz. "Smernice AI gredo še dlje, da naredijo postopke varnejše in manj invazivne."

Članek formalizira koncept usmerjanja z umetno inteligenco, ki izkorišča umetno inteligenco za izboljšanje učinkovitosti zdravnikov in ustvarjanje gradnikov za večjo raven robotske avtonomije. Članek opredeljuje štiri komponente usmerjanja z umetno inteligenco kot:

1. Zaznavanje anatomije

2. Načrtovanje premikov instrumentov

3. Zaznavanje stanja instrumenta

4. Med postopkom izvajajte gibe instrumenta

Vsaka od teh štirih komponent lahko zagotovi lastno raven vodenja AI:

• Eye-On/Practice-On-kjer zdravnik opravi nalogo z umetno inteligenco, ki mu pomaga

• Eyes-on/Hands-Off- kjer umetna inteligenca opravlja nalogo, medtem ko zdravnik spremlja umetno inteligenco in je pripravljen posredovati v nenavadnih situacijah

• Izklop/Hands-Off – kjer umetna inteligenca opravi nalogo in zdravnik vstopi le, ko to zahteva umetna inteligenca

• Celoten vodnik AI – kjer AI dokonča nalogo

Nazadnje članek razvršča trenutne sisteme v te kategorije in razpravlja o raziskovalnih izzivih za omogočanje višjih ravni smernic AI. Raziskovalci zlasti poudarjajo kritične ovire za široko razširjeno klinično sprejetje, kot je potreba po zagotavljanju varnosti, delovanju v zakonodajnem okolju, razvoju vmesnikov med zdravnikom in umetno inteligenco, ki so intuitivni na kateri koli ravni vodenja umetne inteligence, in zmožnost integracije zahtevane tehnologije v vse vidike kliničnega poteka dela.

Čeprav je Alterovitz priznal številne izzive, ki jih je še treba premagati, je izrazil svoje misli o prihodnosti usmerjanja umetne inteligence v medicinskih postopkih.

"Preboji na področju umetne inteligence in robotike bodo še naprej omogočali naraščajoče ravni vodenja z umetno inteligenco in robotske avtomatizacije za medicinske postopke," je dejal Alterovitz. "Umetna inteligenca in robotika lahko zdravnikom zagotovita nova orodja, s katerimi naredijo zahtevne postopke varnejše in učinkovitejše."

Viri: