Искусственный интеллект (ИИ) — алгоритмы, которые позволяют машинам выполнять когнитивные функции, такие как решение проблем и принятие решений. За последние годы он изменил здравоохранения с помощью таких механизмов, как машинное обучение и обработка естественного языка.
В хирургии внедрение ИИ потребовало больше времени, чем в других медицинских специальностях. В основном это было связано с отсутствием информации о возможности применения его вычислительных возможностей в практической медицине. Сегодня, благодаря многочисленным разработкам, ИИ продолжает быть дополнением, а не заменой навыков оперирующего хирурга.
И хотя потенциал взаимоотношений между хирургом, пациентом и компьютером еще изучен не полностью, использование ИИ в хирургии уже приводит к значительным изменениям в сфере медицинской помощи, которые замечают не только врачи, но и пациенты.
Как ИИ влияет на предоперационное планирование и интраоперационное руководство
Предоперационное планирование – это этап, на котором хирурги составляют план хирургического вмешательства на основе данных и изображений, полученных из медицинских карт пациентов. Общие методы анализа изображений и машинного обучения позволяют классифицировать сложность вмешательства, а глубокое обучение помогает выполнить так называемую анатомическую классификацию, сегментацию и регистрацию изображений. Алгоритмы глубокого обучения могут идентифицировать на компьютерной томограмме аномалии, такие как перелом свода черепа, внутричерепное кровоизлияние и сдвиг средней линии, что дает возможность врачам оказать срочную помощь и спасти жизнь пациента. В будущем специалисты надеются, что глубокое обучение сможет помочь проводить сортировку больных в автоматическом режиме.
Еще одной технологией ИИ являются рекуррентные нейронные сети с глубоким обучением. Они используются для прогнозирования почечной недостаточности в реальном времени, смертности и послеоперационного кровотечения после кардиохирургических операций. Исследования показывают, что по сравнению со стандартными клиническими справочными инструментами такой инструмент способен к более точному прогнозированию. По мнению врачей, такая обработка клинических данных пациентов может улучшить интенсивную терапию за счет большего внимания к пациентам, наиболее подверженным риску развития такого рода осложнений.
ИИ также может упростить решения, принимаемые хирургами. Байесовские сети или сети принятия решений представляют собой дерево решений, которые при использовании компьютеризированных алгоритмов могут помочь быстро предсказать результаты Используя данную технологию, исследователи из США и Великобритании создали веб-сайт, который может помочь хирургам более точно предсказать вероятность успеха операции реваскуляризации нижних конечностей.
Компьютерное интраоперационное ведение всегда считалось основой минимально инвазивной хирургии. На данный момент стратегии обучения ИИ были реализованы в нескольких областях минимально инвазивной хирургии, в том числе для отслеживания деформации тканей и эндоскопической навигации. Кроме того, для врачей стало доступно использование дополненной реальности (AR). Сегодня AR часто используется в хирургии печени во время гепатэктомии, проводимой для удаления опухоли. Системы AR, по сути, являются системами наведения, которые позволяют хирургу видеть опухоль и ее взаимосвязь с основными сосудистыми структурами в режиме реального времени. Хотя изначально изображения были двухмерными, теперь для открытой и лапароскопической резекции печени можно создавать интраоперационные трехмерные изображения с использованием стереоскопической реконструкции поверхности и полуавтоматической регистрации в сочетании с глубоким обучением (SmartLiver).
Использование AR для проведения операций может сократить время обучения и способствовать использованию минимально инвазивных методов, которые, как было показано, имеют явные преимущества для пациентов с точки зрения снижения послеоперационной боли, уменьшения длительности послеоперационного восстановления и употребления препаратов с анальгезирующим действием.
ИИ и хирургическая робототехника
Хирургические роботы были созданы для помощи врачам во время трудоемких операций. Они представляют собой управляемые компьютером устройства, которые позволяют хирургам сосредоточиться на сложных аспектах операции. Их использование снижает естественный тремор, возникающий у врача во время операции, помогает им улучшить свои навыки и работать точнее, тем самым обеспечивая превосходные результаты для пациентов и снижая общие расходы на здравоохранение.
С помощью методов машинного обучения хирургические роботы помогают выявлять важные моменты операций, анализируя большое число наборов данных. Так, лапароскопический робот с искусственным интеллектом из Asensus Surgical может предоставить хирургам необходимую информацию о толщине тканей.
Взаимодействие между людьми и роботами позволяет хирургам управлять роботами с помощью бесконтактных манипуляций. Эти манипуляции могут быть выполнены после считывания роботом движений головы или рук или распознавания голосовых команд врача. Движения головы хирургов используются для дистанционного управления роботизированными лапароскопами. «FACE MOUSE» – интерфейс, отвечающий действиями лапароскопа на изменения мимики хирурга без необходимости использования каких – либо контактных устройств. За счет этого происходит неинвазивное и невербальное взаимодействие между человеком и роботом при различных хирургических процедурах.
В 2017 году Медицинский центр Маастрихтского университета в Нидерландах использовал робота с искусственным интеллектом в микрохирургическом вмешательстве. Хирургический робот использовался для сшивания кровеносных сосудов диаметром от 0,03 до 0,08 миллиметра у пациента, страдающего лимфедемой. Роботом от Microsure, который использовался в этой процедуре, манипулировал хирург-человек. Его движения рук были сокращены до более мелких и точных движений, выполняемых «руками робота».
Da Vinci – это роботизированный помощник кардиохирурга, который проводит операции через небольшие разрезы, выполненные микроинструментарием. Da Vinci может быть использован для различных операций на сердце, таких как коронарное шунтирование, замена клапана, абляция сердечной ткани, удаление опухоли.
Gestonurse – роботизированная медсестра, которая была разработана для передачи хирургических инструментов в операционной. В имитированной хирургической процедуре, выполненной в Университете Пердью, она показала свою эффективность и безопасность. Gestonurse использовала распознавание кончиков пальцев и дедукцию жестов для манипулирования необходимыми инструментами. Планируется, что такая «медсестра» уменьшит количество ошибок хирургов, которые могут иметь негативные последствия для исхода операции.
Искусственный интеллект может изменить хирургию. Роботы могут помочь собрать, обработать и классифицировать информацию на каждом этапе хирургического лечения. Что касается хирургических роботов, существует множество вопросов, касающихся нормативных и юридические вопросов. Например, необходимо определить, когда независимый робот перестает быть простым устройством, управляемым искусственным интеллектом, или как такая технология может быть одобрена регулирующими органами, не имеющем опыта работы с таким типом оборудования.
