Imaginez un médecin qui tente d'atteindre un nodule cancéreux au plus profond du poumon d'un patient – une cible de la taille d'un pois, caché derrière un dédale de vaisseaux sanguins critiques et de voies respiratoires qui se déplacent à chaque respiration. L'écarter d'un millimètre hors cours pourrait percer une artère majeure, et ne pas échouer pourrait signifier manquer complètement le cancer, ce qui lui permet de se propager non traité.
Il s'agit de la réalité à enjeux élevés auxquels les médecins sont confrontés quotidiennement dans des milliers de procédures, où la précision est critique et la tâche est compliquée par des obstacles anatomiques non pénétrables ou sensibles. L'intelligence artificielle (IA) et les robots peuvent-ils aider à relever ces défis et à améliorer les résultats pour les patients?
Une nouvelle ère de « Guidance de l'IA » est nul en médecine. Les robots avec l'IA avancée peuvent aider les médecins et automatiser certaines tâches, permettant des niveaux de précision sans précédent et rendant les procédures complexes plus sûres et plus efficaces. «
Ron Alterovitz, Lawrence Grossberg professeur distingué dans le Département d'informatique
Un article récent dans Robotique scientifique Formalise le concept de guidage de l'IA pour les procédures basées sur les aiguilles médicales et décrit les degrés de guidage de l'IA pour chaque composant. Les auteurs définissent quatre composants de la direction de l'IA: percevoir l'anatomie, planifier des mouvements d'instruments, percevoir l'état de l'instrument et effectuer des mouvements d'instruments pendant une procédure. Les robots avec des conseils sur l'IA peuvent atteindre une plus grande précision et une précision dans les guidages de l'aiguille que les médecins humains, tout en permettant l'utilisation de conceptions d'aiguille de pointe qui peuvent se courber à traverser le corps.
L'article, «Les aiguilles médicales dans les mains de l'IA: Avançant vers une navigation robotique autonome», a été écrite par Alterovitz, ainsi que Janine Hoelscher de l'Université Clemson et Alan Kuntz de l'Université de l'Utah. Hoelscher et Kuntz ont tous deux précédemment terminé le doctorat en informatique à l'UNC avec Alterovitz comme conseiller.
L'ère des conseils de l'IA
Pendant des décennies, les médecins se sont appuyés sur des images de rayons X de guidage de l'image, des analyses de tomodensitométrie (CT) et des images de résonance magnétique (MR) pour visualiser l'anatomie d'un patient et le plan d'aiguille de planification avant une procédure. Cette avance, datant de la découverte des radiographies à la fin des années 1800, a permis un accès plus sûr aux points du corps.
Les progrès récents de l'IA permettent maintenant un bond en avant. L'IA peut analyser automatiquement les images, identifier les cibles et les obstacles, calculer des trajectoires sûres et même diriger les aiguilles robotiques autour des tissus sensibles aux sites au plus profond du corps de manière autonome. Un tel exemple, montré par une équipe de chercheurs de l'Université de Caroline du Nord à Chapel Hill, de l'Université Vanderbilt et de l'Université de l'Utah, a démontré un robot médical qui peut diriger de manière autonome une aiguille vers des cibles cliniquement pertinentes dans un poumon avec une grande précision dans les tissus vivants, démontrant de meilleures performances que les médecins utilisant uniquement des outils traditionnels. Les auteurs détaillent ce passage transformateur de l'orientation de l'image aux conseils de l'IA, avec l'IA aidant à percevoir l'anatomie des patients, à suivre les progrès à travers la procédure, à planifier les mouvements des instruments et même à effectuer ces mouvements.
« Pendant des décennies, les conseils d'image ont aidé les médecins à mieux planifier et à exécuter des procédures médicales », a déclaré Alterovitz. « Les directives de l'IA vont encore plus loin vers des procédures plus sûres et moins invasives. »
L'article formalise le concept de guidage de l'IA, qui exploite l'IA pour améliorer les performances des médecins et créer des blocs de construction pour des niveaux plus élevés d'autonomie du robot. L'article définit les quatre composantes des conseils de l'IA comme:
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percevoir l'anatomie
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Modifications de l'instrument de planification
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percevoir l'état de l'instrument
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effectuer des mouvements d'instruments lors d'une procédure
Chacun de ces quatre composants peut fournir son propre degré de guidage sur l'IA:
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Eyes-on / pratique – où le médecin accomplit la tâche avec l'IA fournissant une assistance
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Eyes-on / Hands-Off – où l'IA effectue la tâche, tandis que le médecin surveille l'IA et est prêt à intervenir dans des situations inhabituelles
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Yeux-off / mains-off – où l'IA effectue la tâche et que le médecin n'approche que lorsqu'il est demandé par l'IA
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Guidance complète de l'IA – où l'IA effectue pleinement la tâche
Enfin, l'article classe les systèmes actuels dans ces catégories et discute des défis de recherche pour permettre des degrés plus élevés de guidage de l'IA. En particulier, les chercheurs mettent en évidence les obstacles critiques à une adoption clinique généralisée, comme la nécessité de garantir la sécurité, le fonctionnement dans l'environnement réglementaire, le développement des interfaces médicales-AI qui sont intuitives tout au long de chaque degré de guidage d'IA et la capacité d'intégrer la technologie nécessaire dans tous les aspects d'un flux de travail clinique.
Tout en reconnaissant les nombreux défis encore à surmonter, Alterovitz a exprimé son enthousiasme à l'égard de l'avenir des directives de l'IA dans les procédures médicales.
« Les percées dans l'IA et la robotique continueront de permettre des degrés croissants de guidage de l'IA et d'automatisation robotique pour les procédures médicales », a déclaré Alterovitz. « L'IA et la robotique peuvent fournir aux médecins de nouveaux outils pour rendre les procédures difficiles plus sûres et plus efficaces. »
