Diretrizes formais podem permitir que a IA manobra com precisão e posicionasse as agulhas médicas

Imagine um médico tentando alcançar um nódulo canceroso no fundo do pulmão de um paciente – um alvo do tamanho de uma ervilha, escondido atrás de um labirinto de vasos sanguíneos críticos e vias aéreas que mudam a cada respiração. Strayar um milímetro fora do curso pode perfurar uma artéria importante, e ficar aquém pode significar perder completamente o câncer, permitindo que ele se espalhe sem tratamento.

Este é o realidade de alto risco que os médicos enfrentam em milhares de procedimentos diariamente, onde a precisão é crítica e a tarefa é complicada por obstáculos anatômicos que não são penetráveis ​​ou sensíveis. A inteligência artificial (IA) e os robôs podem ajudar a enfrentar esses desafios e melhorar os resultados dos pacientes?

“Uma nova era de” AI orientação “está surgindo na medicina”, diz Ron Alterovitz, Professor Distinto de Lawrence Grossberg no Departamento de Ciência da Computação. “Os robôs com IA avançada podem ajudar os médicos e automatizar determinadas tarefas, permitindo níveis de precisão sem precedentes e tornar os procedimentos complexos mais seguros e eficazes”.

Um artigo recente em Robótica científica formaliza o conceito de orientação de IA para procedimentos médicos baseados em agulha e descreve os graus de orientação da IA ​​para cada componente.

Robôs com orientação de IA podem obter maior precisão e precisão na orientação da agulha do que os médicos humanos, além de permitir o uso de projetos de agulha de última geração que podem se curvar para dirigir pelo corpo.

O artigo, intitulado “A agulhas médicas nas mãos da IA: avançando em direção à navegação robótica autônoma”, foi escrita por Alterovitz, bem como Janine Hoelscher, da Universidade de Clemson, e Alan Kuntz, da Universidade de Utah. Hoelscher e Kuntz haviam concluído anteriormente doutorados em ciência da computação na UNC com Alterovitz como consultor.

A era da orientação da IA

Durante décadas, os médicos confiaram nas orientações da imagem-utilizando imagens de raios-X, tomografia computadorizada (TC) e imagens de ressonância magnética (MR) para visualizar os caminhos de anatomia e agulha de um paciente antes de um procedimento. Esse avanço, que remonta à descoberta de raios-X no final do século XIX, permitiu acesso mais seguro aos pontos dentro do corpo.

Os recentes avanços na IA estão agora permitindo um salto adiante. A IA pode analisar automaticamente imagens, identificar alvos e obstáculos, calcular trajetórias seguras e até direcionar agulhas robóticas em torno de tecidos sensíveis para locais profundos no corpo autonomamente.

Um exemplo, mostrado por uma equipe de pesquisadores da Universidade da Carolina do Norte em Chapel Hill, Vanderbilt University e da Universidade de Utah, demonstrou um robô médico que pode orientar autonomamente uma agulha a alvos clinicamente relevantes em um pulmão com alta precisão no tecido vivo, demonstrando melhor desempenho do que os médicos usando apenas ferramentas tradicionais. Os autores detalham essa mudança transformadora da orientação da imagem para a orientação da IA, com a IA ajudando a perceber a anatomia do paciente, rastrear o progresso através do procedimento, planejar movimentos do instrumento e até executar esses movimentos.

“Durante décadas, a orientação da imagem ajudou os médicos a planejar e executar melhor procedimentos médicos”, disse Alterovitz. “A orientação da IA ​​está indo ainda mais longe para tornar os procedimentos mais seguros e menos invasivos”.

O artigo formaliza o conceito de orientação de IA, que aproveita a IA para aprimorar o desempenho do médico e criar blocos de construção para níveis mais altos de autonomia do robô. O artigo define os quatro componentes da orientação da IA ​​como:

1. Percebendo anatomia
2. Planejando movimentos de instrumentos
3. Percepção do estado do instrumento
4. Realizando movimentos de instrumentos durante um procedimento

Cada um desses quatro componentes pode fornecer seu próprio grau de orientação de IA:

• Olhos/práticos-onde o médico executa a tarefa com a IA fornecendo assistência
• Olhos/mãos-onde a IA executa a tarefa, enquanto o médico monitora a IA e está preparado para intervir em situações incomuns
• Olhos/Mãos-Onde a IA executa a tarefa e o médico interna apenas quando solicitado pela IA
• Orientação completa da IA ​​- onde a IA executa totalmente a tarefa

Finalmente, o artigo classifica os sistemas atuais nessas categorias e discute os desafios de pesquisa para permitir graus mais altos de orientação de IA. Em particular, os pesquisadores destacam barreiras críticas à adoção clínica generalizada, como a necessidade de garantir a segurança, a operação dentro do ambiente regulatório, o desenvolvimento de interfaces médicos-AI que são intuitivos ao longo de cada grau de orientação da IA ​​e a capacidade de integrar a tecnologia necessária em todos os aspectos de um fluxo de trabalho clínico.

Ao reconhecer os muitos desafios ainda a superar, a Alterovitz expressou emoção sobre o futuro da orientação da IA ​​nos procedimentos médicos.

“Os avanços na IA e na robótica continuarão a permitir graus crescentes de orientação de IA e automação robótica para procedimentos médicos”, disse Alterovitz. “A IA e a robótica podem fornecer aos médicos novas ferramentas para tornar os procedimentos desafiadores mais seguros e eficazes”.