Робот показывает, что однажды машины смогут заменить хирургов-людей.

Почти четыре десятилетия назад Агентство перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США (DARPA) и NASA начали продвигать проекты, которые сделали бы возможной дистанционную хирургию, будь то на поле боя или в космосе. Из этих первых усилий появились хирургические роботизированные системы, такие как Da Vinci , которые функционируют как продолжение хирурга, позволяя выполнять малоинвазивные процедуры с помощью дистанционного управления и 3D-зрения. Но это всё ещё всего лишь человек, использующий сложный инструмент. Теперь же включение генеративного искусственного интеллекта и машинного обучения в управление такими системами, как Da Vinci, начинает делать возможным появление автономных хирургических роботов.

В эту среду журнал Science Robotics опубликовал результаты исследования, проведённого учёными из Университета Джонса Хопкинса и Стэнфордского университета. Они представили систему, способную автономно выполнять несколько этапов хирургической операции, обучаясь на видеозаписях, где люди выполняют операции, и получая команды на естественном языке, подобно практикующим врачам.

Как и в случае с обучением человека, группа учёных включает в процесс обучения этапы, необходимые для проведения операции. В прошлом году команда из Университета Джонса Хопкинса под руководством Акселя Кригера обучила робота выполнению трёх основных хирургических задач: обращению с иглой, подъёму тканей и наложению швов. Обучение проводилось с помощью имитации и системы машинного обучения, аналогичной той, что используется в ChatGPT, но с заменой слов и текста роботизированным языком, который переводит углы движения машины в математический вид.

В новом эксперименте два опытных хирурга продемонстрировали операции по удалению желчного пузыря на свиной ткани вне животного. Тридцать четыре желчных пузыря были использованы для сбора 17 часов данных и 16 000 траекторий, которые машина использовала для обучения. Роботы, без участия человека и с восемью желчными пузырями, которые они никогда ранее не видели, смогли со 100% точностью выполнить некоторые из 17 задач, необходимых для удаления органа, таких как определение определённых протоков и артерий, их точный захват, стратегическое размещение клипс и разрез ножницами. В ходе экспериментов модель смогла исправить собственные ошибки и адаптироваться к непредвиденным ситуациям.

В 2022 году эта же команда провела первую автономную роботизированную операцию на живом животном: лапароскопию свиньи. Но для этого роботу требовалась специально размеченная ткань, контролируемая среда и чёткий план операции. В заявлении своего учреждения Кригер сказал, что это было похоже на обучение робота вождению по тщательно проложенному маршруту. Новый эксперимент, который он только что представил, будет для робота похож на вождение по незнакомой дороге, основанное лишь на общих знаниях об управлении автомобилем.

Хосе Гранелл , заведующий отделением оториноларингологии и хирургии головы и шеи Университетской больницы HLA Moncloa и профессор Европейского университета Мадрида, считает, что работа команды из Университета Джонса Хопкинса «начинает приближаться к чему-то, что приближается к реальной хирургии». «Проблема роботизированной хирургии мягких тканей заключается в том, что биология обладает большой внутренней изменчивостью, и даже если вы знаете технику, в реальном мире возможны самые разные сценарии», — объясняет Гранелл. «Попросить робота обработать кость легко, но с мягкими тканями всё сложнее, потому что они двигаются. Непредсказуемо, как он отреагирует на нажатие, насколько сильно он будет двигаться, разорвётся ли он, если я потяну слишком сильно, когда захватит артерию», — продолжает хирург и подчёркивает: «Эта технология меняет то, как мы отрабатываем последовательность движений, составляющих хирургию».

По мнению Кригера, это достижение переносит нас «от роботов, способных выполнять конкретные хирургические задачи, к роботам, которые действительно понимают хирургические процедуры». Руководитель команды, совершившей этот прорыв с помощью генеративного ИИ, утверждает: «Это принципиально важное отличие, которое значительно приближает нас к клинически жизнеспособным автономным хирургическим системам, способным ориентироваться в сложной и непредсказуемой реальности реального ухода за пациентами».

Франсиско Класка , профессор анатомии человека и эмбриологии Мадридского автономного университета, приветствует прогресс, но отмечает, что «это очень простая операция» и проводится на органах «очень молодых животных, у которых нет такого уровня ухудшения состояния и осложнений, как у 60- или 70-летнего человека, когда обычно требуется подобный тип операции». Более того, робот всё ещё выполняет те же задачи гораздо медленнее человека.

Цель, которая «очень далека»

Марио Фернандес, заведующий отделением хирургии головы и шеи в университетской больнице имени Грегорио Мараньона в Мадриде, считает это достижение интересным, но полагает, что замена хирургов-людей машинами «ещё очень далека». Он предостерегает от увлечения технологиями без учёта их реальных преимуществ, а также их стоимости, что делает их доступными не для всех.

«Я знаю одну больницу в Индии, например, где есть робот, который может проводить две операции в месяц, оперируя двух пациентов. В общей сложности 48 операций в год. Для них роботизированная хирургия может быть способом поиграть и поучиться, но для пациентов это не реальность», — говорит Фернандес, который считает, что «мы должны ценить» технологические достижения, но хирургию следует ценить за то, что она даёт пациентам. В качестве противоположного примера он приводит «метод, называемый трансоральной ультразвуковой хирургией , который был разработан в Мадриде и доступен во всем мире, и который применяется к шести пациентам в день».

Кригер полагает, что их концепция демонстрирует возможность автономного выполнения сложных хирургических операций и что их система имитационного обучения может быть применена к большему количеству типов операций, и они продолжат тестировать ее с другими вмешательствами.

Заглядывая в будущее, Грэнелл отмечает, что, помимо необходимости продолжать преодолевать технические трудности, процесс внедрения роботов будет медленным, поскольку в хирургии «мы очень консервативны в вопросах безопасности пациентов». Он также поднимает философские вопросы, такие как преодоление первого и второго законов робототехники, предложенных Айзеком Азимовым: «Робот не может причинить вред человеку или своим бездействием допустить, чтобы человеку был причинен вред» и «робот должен подчиняться приказам человека, за исключением случаев, когда такие приказы противоречат Первому закону». Этот специалист указывает на очевидное противоречие, возникающее в связи с тем, что хирурги-люди «причиняют вред, стремясь к благу пациента; и эту дихотомию [в случае робота] предстоит разрешить».