Eseguito il primo intervento chirurgico robotico senza l’aiuto umano

Un robot addestrato sui video degli interventi chirurgici ha eseguito una lunga fase di rimozione della cistifellea senza l’aiuto umano. Il robot ha operato per la prima volta su un paziente realistico e, durante l’operazione, ha risposto e appreso dai comandi vocali del team, come un chirurgo alle prime armi che lavora con un mentore.

Un robot addestrato sui video degli interventi chirurgici ha eseguito una lunga fase di rimozione della cistifellea senza l’aiuto umano. Il robot ha operato per la prima volta su un paziente realistico e, durante l’operazione, ha risposto e appreso dai comandi vocali del team, come un chirurgo alle prime armi che lavora con un mentore.

Il robot si è comportato in modo imperturbabile durante le prove e con l’esperienza di un chirurgo umano esperto, anche durante scenari imprevisti tipici delle emergenze mediche della vita reale.

Il lavoro finanziato dal governo federale, guidato dai ricercatori della Johns Hopkins University, è un progresso nella robotica chirurgica, in cui i robot possono funzionare sia con precisione meccanica che con adattabilità e comprensione simili a quelle umane.

“Questo progresso ci sposta da robot in grado di eseguire compiti chirurgici specifici a robot che comprendono veramente le procedure chirurgiche”, ha affermato il robotico medico Axel Krieger.

“Questa è una distinzione fondamentale che ci avvicina in modo significativo a sistemi chirurgici autonomi clinicamente validi che possono funzionare nella realtà disordinata e imprevedibile dell’effettiva cura del paziente”.

I risultati sono stati pubblicati su Science Robotics.

Nel 2022, lo Smart Tissue Autonomous Robot di Krieger, STAR, ha eseguito la prima chirurgia robotica autonoma su un animale vivo, un intervento laparoscopico su un maiale.

Ma quel robot richiedeva un tessuto appositamente marcato, operava in un ambiente altamente controllato e seguiva un piano chirurgico rigido e predeterminato.

Krieger ha detto che è stato come insegnare a un robot a guidare lungo un percorso accuratamente mappato.

Ma il suo nuovo sistema, dice, “è come insegnare a un robot a navigare su qualsiasi strada, in qualsiasi condizione, rispondendo in modo intelligente a qualsiasi cosa incontri”.

Il robot chirurgico Transformer-Hierarchy, SRT-H, esegue davvero la chirurgia, adattandosi alle caratteristiche anatomiche individuali in tempo reale, prendendo decisioni al volo e autocorreggendosi quando le cose non vanno come previsto.

Costruito con la stessa architettura di apprendimento automatico che alimenta ChatGPT, SRT-H è anche interattivo, in grado di rispondere a comandi vocali (“afferra la testa della cistifellea”) e correzioni (“muovi il braccio sinistro un po’ a sinistra”). Il robot impara da questo feedback.

“Questo lavoro rappresenta un grande salto rispetto agli sforzi precedenti perché affronta alcune delle barriere fondamentali all’implementazione di robot chirurgici autonomi nel mondo reale”, ha detto l’autore principale Ji Woong “Brian” Kim, un ex ricercatore post-dottorato presso la Johns Hopkins che ora lavora con la Stanford University.

“Il nostro lavoro dimostra che i modelli di intelligenza artificiale possono essere resi sufficientemente affidabili per l’autonomia chirurgica, qualcosa che una volta sembrava lontano ma ora è dimostrabilmente praticabile”.

L’anno scorso il team di Krieger ha utilizzato il sistema per addestrare un robot a eseguire tre compiti chirurgici fondamentali: manipolare un ago, sollevare il tessuto corporeo e suturare. Queste attività richiedevano solo pochi secondi ciascuna.

La procedura di rimozione della cistifellea è molto più complessa, una serie di 17 attività della durata di pochi minuti.

Il robot doveva identificare determinati condotti e arterie e afferrarli con precisione, posizionare strategicamente le clip e recidere le parti con le forbici.

SRT-H ha imparato a fare il lavoro alla cistifellea guardando i video dei chirurghi della Johns Hopkins che lo facevano su cadaveri di maiale.

Il team ha rafforzato la formazione visiva con didascalie che descrivono i compiti. Dopo aver visto i video, il robot ha eseguito l’intervento con una precisione del 100%.

Sebbene il robot abbia impiegato più tempo per eseguire il lavoro rispetto a un chirurgo umano, i risultati sono stati paragonabili a quelli di un chirurgo esperto.

“Proprio come gli specializzandi chirurgici spesso padroneggiano diverse parti di un’operazione a velocità diverse, questo lavoro illustra la promessa di sviluppare sistemi robotici autonomi in modo altrettanto modulare e progressivo”, afferma il chirurgo della Johns Hopkins Jeff Jopling, co-autore.

Il robot si è comportato in modo impeccabile in condizioni anatomiche che non erano uniformi e durante deviazioni impreviste, come quando i ricercatori hanno cambiato la posizione iniziale del robot e quando hanno aggiunto coloranti simili al sangue che hanno cambiato l’aspetto della cistifellea e dei tessuti circostanti.

“Per me dimostra davvero che è possibile eseguire procedure chirurgiche complesse in modo autonomo”, ha detto Krieger.

“Questa è una prova che è possibile e questo framework di apprendimento imitativo può automatizzare una procedura così complessa con un grado di robustezza così elevato”.

Successivamente, il team vorrebbe addestrare e testare il sistema su più tipi di interventi chirurgici ed espandere le sue capacità per eseguire un intervento chirurgico completamente autonomo.

Immagine: Juo-Tung Chen/Johns Hopkins University

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