Un robot basato sull'intelligenza artificiale, addestrato tramite video chirurgici, opera una cistifellea senza assistenza umana.

MARYLAND—Il robot SRT-H, che utilizza l'intelligenza artificiale ed è stato addestrato con video chirurgici, ha eseguito parte dell'asportazione della cistifellea senza assistenza umana, raggiungendo una precisione del 100%.

Secondo Science Robotics nel suo articolo intitolato "SRT-H: un framework gerarchico per la chirurgia autonoma tramite apprendimento imitativo condizionato dal linguaggio ", nei dettagli su questa pietra miliare, viene descritto che mentre " la ricerca sulla chirurgia autonoma si è concentrata in gran parte sull'automazione di compiti semplici in ambienti controllati, le applicazioni chirurgiche nel mondo reale richiedono una manipolazione abile per lunghi periodi e una generalizzazione robusta di fronte alla variabilità intrinseca del tessuto umano ".

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Gli autori di questo studio, condotto da scienziati della Johns Hopkins University, sottolineano che le sfide restano difficili da affrontare attraverso “ le attuali strategie logiche o i metodi di apprendimento end-to-end convenzionali ”.

Pertanto, al fine di " colmare questa lacuna, proponiamo un quadro gerarchico per l'esecuzione di passaggi chirurgici a lungo termine e qualificati. Il nostro approccio utilizza una politica di alto livello per la pianificazione delle attività e una politica di basso livello per la generazione di traiettorie dettagliate ", affermano gli autori.

Pertanto, aggiungono, " il pianificatore di alto livello opera nello spazio linguistico, generando istruzioni a livello di compito o correttive che guidano il robot attraverso passaggi lunghi e aiutano a correggere gli errori commessi dalla politica di basso livello. Abbiamo convalidato il nostro framework utilizzando esperimenti ex vivo in colecistectomia, una procedura mininvasiva comunemente utilizzata, e condotto studi di ablazione per valutare i componenti chiave del sistema ".

Sebbene si sia trattato di una dimostrazione di concetto effettuata ex vivo su modelli suini, gli scienziati affermano che questa procedura rappresenta un "progresso trasformativo" nella robotica chirurgica.

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Durante l'operazione, il robot ha risposto e imparato dai comandi verbali del team, proprio come se fosse un chirurgo specializzando che lavora con un mentore.

Gli autori affermano che il loro metodo ha raggiunto un tasso di successo del 100% "su otto diverse cistifellee ex vivo , operanti in modo completamente autonomo senza intervento umano ", e concludono spiegando che " questo lavoro dimostra l'autonomia a livello di fase in una procedura chirurgica, segnando una pietra miliare verso l'impiego clinico di sistemi chirurgici autonomi ".

Secondo Axel Krieger, uno degli autori dello studio, " Questo progresso ci porta dai robot in grado di eseguire specifici compiti chirurgici a quelli che comprendono veramente le procedure chirurgiche ".

La ricerca, finanziata dal governo federale, rappresenta "un progresso rivoluzionario nella robotica chirurgica", afferma la Johns Hopkins University in un testo pubblicato sul suo sito web intitolato " Robot esegue il primo intervento chirurgico realistico senza l'aiuto umano. Un sistema addestrato su video di interventi chirurgici si comporta come un chirurgo esperto", in cui si cerca di dimostrare che i robot sono in grado di " agire con precisione meccanica e, allo stesso tempo, con adattabilità e comprensione simili a quelle umane ".

In questo senso, Krieger, specialista in robotica medica, spiega che "questo progresso ci porta dai robot in grado di eseguire specifici compiti chirurgici ai robot che comprendono veramente le procedure chirurgiche" e sottolinea che " si tratta di una distinzione cruciale che ci avvicina significativamente a sistemi chirurgici autonomi praticabili in campo clinico, capaci di operare nella realtà caotica e imprevedibile dell'assistenza ai pazienti reali ".

ROBOT RT-H

La Johns Hopkins University racconta che nel 2022 il robot chirurgico autonomo per tessuti molli di Krieger, STAR (Smart Tissue Autonomous Robot), ha eseguito il suo primo intervento chirurgico robotico autonomo, una laparoscopia su un maiale. Tuttavia, questa versione del robot " richiedeva tessuti appositamente marcati, operava in un ambiente altamente controllato e seguiva un rigido piano chirurgico prestabilito. Krieger ha paragonato l'esperienza all'insegnare a un robot a guidare lungo un percorso attentamente tracciato ".

Al contrario, questa nuova versione del robot SRT-H ha la capacità di eseguire veri interventi chirurgici, di adattarsi alle caratteristiche anatomiche individuali in tempo reale, di prendere decisioni al volo e di autocorreggersi quando le cose non vanno come previsto.

Il robot è progettato con la stessa architettura di apprendimento automatico che alimenta ChatGPT, quindi l'SRT-H è interattivo e può rispondere a comandi verbali come "afferra la parte superiore della cistifellea" e apportare correzioni come "muovi leggermente il braccio sinistro a sinistra". Il robot impara quindi da questo feedback.

Per l'autore principale di questa nuova ricerca, Ji Woong "Brian" Kim, ex ricercatore post-dottorato presso la Johns Hopkins e attualmente alla Stanford University, " questo lavoro rappresenta un significativo passo avanti rispetto ai precedenti sforzi perché affronta alcuni degli ostacoli fondamentali all'implementazione di robot chirurgici autonomi nel mondo reale ", e continua spiegando che " il nostro lavoro dimostra che i modelli di intelligenza artificiale possono essere sufficientemente affidabili da consentire l'autonomia chirurgica, qualcosa che una volta sembrava lontano, ma che ora è chiaramente fattibile ".

L'anno scorso, il team di Krieger ha utilizzato il sistema per addestrare il robot a svolgere tre compiti chirurgici di base: manipolare un ago, sollevare un tessuto corporeo e suturare; ognuno di questi compiti richiedeva pochi secondi.

Tuttavia, la procedura per rimuovere la cistifellea è molto più difficile, poiché prevede una serie di 17 passaggi che richiedono diversi minuti; pertanto, il robot doveva essere in grado di " identificare con precisione determinati dotti e arterie, afferrarli con precisione, posizionare strategicamente le clip e tagliare le parti con le forbici ", spiega la Johns Hopkins University.

Per imparare come eseguire un intervento chirurgico alla cistifellea, il robot SRT-H ha guardato i video dei chirurghi della Johns Hopkins University che eseguivano la procedura su cadaveri di maiale.

Il team di ricerca ha deciso di rafforzare l'addestramento visivo dell'RT-H con sottotitoli che descrivevano le attività. Una volta visualizzati i video, il robot ha eseguito l'intervento chirurgico con una precisione del 100%.

Per convalidare il sistema, il robot ha dovuto completare diverse procedure di colecistectomia utilizzando otto tessuti suini ex vivo.

Sebbene l'operazione abbia richiesto più tempo rispetto a quella eseguita da un chirurgo umano, i risultati ottenuti dal robot sono stati paragonabili a quelli di un chirurgo esperto.

" Per me, questo dimostra davvero che è possibile eseguire procedure chirurgiche complesse in modo autonomo ", ha affermato Krieger, che conclude spiegando che " si tratta di una prova di concetto che dimostra che è possibile e che questo approccio di apprendimento imitativo può automatizzare procedure complesse con un elevato grado di robustezza ".

Con informazioni provenienti dall'agenzia di stampa EFE, da Science Robotics e dalla Johns Hopkins University.