Większa precyzja i poprawa bezpieczeństwa zabiegów chirurgicznych
Chirurdzy wykorzystujący w swojej pracy metody konwencjonalne przerywają ciągłość tkanki za pomocą inwazyjnych cięć, aby dostać się do głębszych obszarów ciała. Intraluminalne zabiegi endoskopowe są rewolucyjnym rozwiązaniem, które wykorzystuje naturalne przestrzenie ciała, takie jak okrężnica, moczowód czy układ naczyniowy. W porównaniu z operacjami otwartymi zabiegi intraluminalne zapewniają liczne korzyści – skracają czas rekonwalescencji, a blizny pozabiegowe są znacznie mniej widoczne. Pomimo mniejszej inwazyjności, podejście to wymaga od chirurgów zaawansowanych umiejętności i zręczności ze względu na delikatny charakter tych przestrzeni oraz ich naturalną elastyczność i ruchomość. Dodatkowym wyzwaniem jest ograniczona widoczność. Finansowany w części ze środków działania „Maria Skłodowska-Curie”, projekt ATLAS wniósł znaczący wkład w rozwiązanie tych problemów dzięki włączeniu automatyzacji robotycznej do tych zabiegów. Prace w ramach projektu obejmują osiągnięcia w zakresie drukowania 3D, integrację czujników i wykorzystywanie algorytmów sztucznej inteligencji.
Druk 3D i technologia intraluminalna
Emmanuel Vander Poorten, koordynator projektu z ramienia instytucji goszczącej – Katolickiego Uniwersytetu Lowańskiego – stwierdza: „W ramach prac udało się wykazać wykonalność wykorzystania tanich drukarek 3D do wytwarzania sterowanych przyrządów. Wyposażone w sztuczne mięśnie drukowane konstrukcje można wprowadzać do naturalnych przestrzeni w ciele, aby sprawnie docierać do głęboko położonych miejsc docelowych”. Zespół projektowy opracował metody uczenia głębokiego opartego na sztucznej inteligencji do sterowania tymi złożonymi przyrządami. Badacze skupieni wokół projektu ATLAS opracowali również konstrukcje, które wyginają się w złożone krzywe po przyłożeniu zewnętrznego pola magnetycznego. Siłownik magnetyczny jest użyteczny między innymi w przypadku korzystania z prowadników. Zamiast używania wielu wstępnie zagiętych prowadników lekarz może sterować kątami pojedynczego przewodu i dostosowywać je za pomocą siłownika magnetycznego, zwiększając w ten sposób efektywność pracy.
Bezpieczna technologia czujników i sztuczna inteligencja odpowiedzią na wyzwania chirurgiczne
Wyniki projektu oferują rozwiązanie trudnych problemów, takich jak precyzyjne ustalanie dokładnej lokalizacji cewników. W celu zastąpienia konwencjonalnej fluoroskopii opracowywane są metody niewykorzystujące promieniowania, między innymi oparte na zastosowaniu światłowodów. Obniżenie promieniowania zmniejsza ryzyko dla pacjenta i lekarzy, umożliwiając jednocześnie obrazowanie w trzech wymiarach. Obecne wyzwania związane ze sztuczną inteligencją w chirurgii dotyczą ilości wymaganych danych wejściowych – obliczanie wszystkich możliwości w naturalnych przestrzeniach ciała było dotychczas niemożliwe. Badacze projektu ATLAS sprostali temu wyzwaniu, opracowując innowacyjne rozwiązanie oparte na wykrywaniu anomalii. Jak dodaje Vander Poorten: „Wykorzystując postępy w dziedzinie uczenia głębokiego, badacze opracowali algorytmy sztucznej inteligencji działające w czasie rzeczywistym i są w stanie zapewnić lekarzom wyjątkowe informacje na temat tkanek znajdujących się po wewnętrznej stronie naturalnych przestrzeni”. Dzięki takiemu widokowi chirurdzy mogą bezpieczniej poruszać się po delikatnych kanałach.
Przyszłość chirurgii robotycznej w rękach młodych naukowców
W ramach priorytetu programu ramowego „Horyzont 2020” Wspieranie nowych umiejętności poprzez najwyższej jakości wstępne szkolenie naukowców, projekt ATLAS przyczynił się do opracowania nowatorskiego, multidyscyplinarnego programu akademickiego dla naukowców na wczesnym etapie kariery zainteresowanych robotyką na styku chirurgii intraluminalnej. Oferta projektu jest wyjątkowa – istniejące programy szkoleniowe innych instytucji często charakteryzuje węższy, monotematyczny zakres. Robotyka to wysoce multidyscyplinarna dziedzina, która obejmuje mechanikę, elektronikę, detekcję, oprogramowanie i sterowanie. Dzięki podnoszeniu kompetencji naukowców w szerszym zakresie zagadnień, nie tylko są oni lepiej przygotowani do znalezienia lepszej pracy, ale mogą także podchodzić do wyzwań w swojej dziedzinie z bardziej świadomej perspektywy. Podczas gdy niektórzy młodzi badacze z projektu ATLAS awansowali na stanowiska badawcze na uczelniach lub w branży medycznej, wielu z nich wciąż kończy swoje prace doktorskie. Niezależnie od etapu kariery, warto zwrócić uwagę na ich potencjał – badacze są gotowi do stosowania technologii ATLAS w innych dziedzinach, takich jak ginekologia, a także do dalszego rozwoju tych rozwiązań do zastosowań sercowo-naczyniowych, żołądkowo-jelitowych i urologicznych.
Słowa kluczowe
ATLAS, druk 3D, algorytmy sztucznej inteligencji, chirurgia intraluminalna, głębokie uczenie, robotyka, automatyzacja