人工智能和机器人技术正在改变医疗针刺手术的精度

人工智能和机器人技术正在改变医疗针刺手术的精度

想象一下，一名医生试图到达患者肺部深处的癌结节——一个豌豆大小的目标，隐藏在关键血管和气道的迷宫后面，这些血管和气道会随着每次呼吸而变化。一毫米的拉伸可以穿透大动脉，如果不及时治疗，跌倒可能意味着癌症完全消失并扩散。

每天都有数以千计的手术，其中准确性至关重要，而且任务会遇到不可穿透或不敏感的解剖障碍。人工智能 (AI) 和机器人能否帮助克服这些挑战并改善患者的治疗效果？

“人工智能领导力”的新时代正在医学领域。具有先进人工智能的机器人可以协助医生并自动执行某些任务，使前所未有的准确性和复杂的程序更安全、更有效。 “

Ron Alterovitz、Lawrence Grossberg，计算机科学系教授

一篇新文章在科学机器人 正式确定医疗针头程序的人工智能指导概念，并概述每个组件的人工智能指导级别。作者定义了人工智能指导的四个组成部分：解剖感知、器械运动规划、器械状态感知以及手术期间器械运动的执行。人工智能引导的机器人在针引导方面可以实现比人类医生更高的准确性和精密度，同时可以使用可以弯曲穿过身体的尖端针设计。

这篇论文《人工智能手中的医疗针：迈向自主机器人导航》由 Alterovitz、克莱姆森大学的 Janine Hoelscher 和犹他大学的 Alan Kuntz 撰写。 Hoelscher 和 Kuntz 此前在北卡罗来纳大学完成了计算机科学博士工作，Alterovitz 担任顾问。

AI引领时代

几十年来，医生一直依靠图像引导以及 X 射线、计算机断层扫描 (CT) 和磁共振 (MR) 图像在手术前可视化患者的解剖结构和针路计划。这一进步源于 19 世纪末 X 射线的发现，使得能够更安全地接触体内的点。

人工智能的最新进展现在实现了飞跃。人工智能可以自动分析图像、识别目标和障碍物、计算安全轨迹，甚至自主引导机器人针围绕身体深处的敏感组织。北卡罗来纳大学教堂山分校、范德比尔特大学和犹他大学的一组研究人员展示了这样一个例子，他们展示了一种医疗机器人，可以在活组织中高精度地将针自动引导到肺部的临床相关目标，表现出比单独使用传统工具更好的性能。作者描述了从图像引导到人工智能引导的变革性转变，人工智能可以帮助感知患者解剖结构、跟踪手术进度、规划器械移动，甚至执行这些请求。

“几十年来，视觉引导帮助医生更好地计划和执行医疗程序，”阿尔特罗维茨说。 “人工智能指导更进一步，使手术更安全、侵入性更小。”

本文正式阐述了人工智能指导的概念，它利用人工智能来提高医生的表现，并为更高水平的机器人自主性创建构建模块。该文章将人工智能指导的四个组成部分定义为：

1. 感知解剖学

2. 规划仪器运动

3. 仪器状态感知

4. 在手术过程中执行器械移动

这四个组件中的每一个都可以提供自己级别的人工智能指导：

• Eye-On/Practice-On-医生在人工智能提供帮助的情况下执行任务

• 眼睛注视/放手——人工智能执行任务，而医生监视人工智能并准备对异常情况进行干预

• 关机/放手——AI执行任务，医生仅在AI要求时进入

• 完整的AI指南——AI在哪里完成任务

最后，本文将当前系统分为这些类别，并讨论了实现更高水平的人工智能指导的研究挑战。研究人员特别强调了广泛临床应用的关键障碍，例如需要保证安全、在监管环境下运行、开发在任何级别的人工智能指导下都直观的医生人工智能界面，以及将所需技术集成到临床工作流程的各个方面的能力。

尽管 Alterovitz 承认仍有许多挑战需要克服，但他表达了对人工智能在医疗程序中指导的未来的想法。

“人工智能和机器人技术的突破将继续提高医疗程序的人工智能指导和机器人自动化水平，”阿尔特罗维茨说。 “人工智能和机器人技术可以为医生提供新工具，使具有挑战性的手术更安全、更有效。”

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