Za manetkami i klawiaturami robotów medycznych jest człowiek

Zdjęcie: Tomasz Sagan


– Prawdziwie autonomiczne roboty chirurgiczne nie tylko będą bazować na wyszkoleniu milionów parametrów z milionów operacji wykonanych ludzką ręką, ale także samodzielnie widzieć, myśleć i działać bez ludzkiej ingerencji, dążąc do zdefiniowanego celu. To jednak przyszłość, dziś najważniejszy jest człowiek – twierdzi dr Stefan W. Czarniecki.

Komentarz dr. Stefana W. Czarnieckiego, urologa i ordynatora Oddziału Urologii Centrum Chirurgii Robotycznej Szpitala św. Elżbiety:
Całe dotychczasowe doświadczenie zawodowe w chirurgii urologicznej zdobywam w towarzystwie robotów medycznych – adekwatnie innej urologii nie znam. Roboty są jej nierozłączną częścią i najsilniej są ukorzenione właśnie w tej pośród specjalizacji medycznych, która od dawna słynie z przodowania we wdrażaniu najnowszych innowacji technologicznych, instrumentów robotycznych, miniaturyzacji narzędzi, zaawansowanego przetwarzania obrazów, wykorzystania laserów o różnych długościach fali, wykorzystywania obrazowania 3D, i innych „sprytnych” i „zwinnych” zastosowań i technologii pozwalających na dotarcie do trudno dostępnych zakamarków układu moczowego człowieka, często przez niewielki naturalny otwór. Roboty dawno także weszły, choć w mniejszym stopniu, do ginekologii, chirurgii ogólnej, proktologii, choćby kardiochirurgii.

Już 12 lat temu, wraz z moim mentorem, współpracownikiem i przyjacielem Markiem Filipkiem, podróżowaliśmy do Francji, Niemiec i Wielkiej Brytanii – aby niedługo później wprowadzić do Polski pierwszego robota służącego do precyzyjnego niszczenia tkanki prostaty wiązką ultradźwięków HIFU (high intensity focused ultrasound). Wiązka ultradźwięków w tej terapii celowanej jest ogniskowana w sposób analogiczny do skupienia wiązki światła lupą – doprowadzając do zniszczenia tkanki w miejscu ich skupienia bez negatywnego oddziaływania na tkankę znajdującą się gdziekolwiek indziej, w drodze do punktu ogniskowania. Jest to prawdziwy robot medyczny. Oznacza to, iż po zaprogramowaniu parametrów granicznych robot ten całkowicie automatycznie, czyli bez dalszej ingerencji operatora, wykonuje zaprogramowany zabieg od początku do końca z precyzją mierzoną w dziesiętnych milimetra. Nieraz wybrzmiewają pomiędzy nami do dziś dnia gorące dyskusje o dziesiętne części pojedynczego milimetra podczas wykonywania tych zabiegów w leczeniu raka prostaty. Bezpieczeństwo podczas procedury zapewnia stała aktywacja licznych algorytmów bezpieczeństwa (detekcji ruchu pacjenta, monitorowania dystansów pomiędzy wiązką ultradźwięków a narządem krytycznym, stałej kontroli temperatury, itd.), a rola operatora ogranicza się wówczas do czujnego nadzoru nad pracą robota podczas ablacji tkanki.

Najbardziej rozpowszechniony robot chirurgiczny na świecie, nazwany na cześć genialnego renesansowego twórcy, malarza, rzeźbiarza, architekta, badacza anatomii człowieka, urodzonego w miejscowości Vinci, we Włoszech, jest narzędziem na którym równolegle operujemy pacjentów z rakiem prostaty od lat. Jest w rzeczywistości telemanipulatorem chirurgicznym – a nie robotem autonomicznym. Na świecie dzięki tego urządzenia wykonano ponad 8,5 miliona operacji do końca 2021 roku, w ponad 7,5 tys. instalacji.

Z zasady robot ten nie wykonuje najmniejszej czynności autonomicznie – jedynie przekazuje precyzyjnie ruchy rąk z operatora manetek sterujących, modyfikując je w czasie rzeczywistym – jest telemanipulatorem, ale bardzo zaawansowanym. Dlaczego to ma znaczenie?

Wydolność chirurgiczna człowieka jest pod wpływem licznych fizycznych, psychologicznych, oraz technicznych czynników – powoduje to, iż powtarzalność i wysoka wydolność operatora jest trudna do osiągnięcia, jest także niełatwa do obiektywnej oceny. Te zmienne decydują wypadkowo o efektach leczenia – o skuteczności onkologicznej, o wynikach funkcjonalnych oraz ryzyku powikłań okołozabiegowych. W tym przypadku właśnie robotyczne narzędzia chirurgiczne wykazują swoją przewagę – likwidując w czasie rzeczywistym drżenie rąk, skalując zmiennie przełożeniem pomiędzy odległością ruchu manetki sterującej a ruchem narzędzia w ciele pacjenta oraz umożliwiając przydatne dla celu zabiegu manewry fizycznie niemożliwe do osiągnięcia przez konstrukcję anatomiczną ręki, nadgarstka, przedramienia, ramienia i barku chirurga. Wyobraźmy sobie narzędzie obracające się osiowo 360 stopni bez utraty precyzji działania jej końcówki. Operuje się w siedmiu stopniach swobody.

Robotyczne narzędzie chirurgiczne ma też tę zaletę, iż się „nie męczy”, na przykład podczas kolejnych zabiegów wykonywanych przez tego samego chirurga – pozwala to wesprzeć lekarza w powtarzalności i przewidywalności pracy.

Na tę całą zaawansowaną technologię nakładają się pojawiające się nowe możliwości w zakresie zastosowania sztucznej inteligencji czy uczenia głębokiego (machine learning) we wsparciu chirurga podczas operacji. Nałożenie obrazu z rezonansu magnetycznego lub tomografii komputerowej na obraz pola operacyjnego w czasie rzeczywistym – wsparte przez sztuczną inteligencję, np. powstrzymującą przed krytycznie niebezpiecznym ruchem narzędzia mogącym uszkodzić ukrytą pod inną tkanką tętnicę – jest zastosowaniem do którego jesteśmy już o krok. Kolejne wykorzystanie pokrewnych algorytmów ma miejsce w symulatorach chirurgicznych, szkolących chirurga w kolejnych etapach zabiegu, prowadząc do wyrobienia bezpiecznych nawyków. Celem wspólnym tych technologii jest dążenie do redukcji ryzyka błędu ludzkiego, który zawsze może się przydarzyć.

Sztuczna inteligencja prawdziwie autonomicznych robotów chirurgicznych przyszłości nie tylko będzie bazować na wyszkoleniu milionów parametrów z milionów operacji wykonanych ludzką ręką – roboty będą także samodzielnie widzieć, myśleć i działać bez ludzkiej ingerencji, dążąc do zdefiniowanego wyjściowo celu. To jednak melodia przyszłości – tym bardziej iż w medycynie nadrzędny jest zawsze dogmat bezpieczeństwa pacjenta. Dlatego spodziewam się, iż dużo czasu minie do momentu wdrożenia technologii autonomicznych, całkiem pozbawionych nadzoru człowieka. Dziś najważniejszy jest – znajdujący się za manetkami i klawiaturami robotów medycznych – człowiek.

W diagnostyce (w odczytywaniu powtarzalnych obrazów diagnostycznych mammografii piersi, RTG klatki piersiowej, rezonansu różnych obszarów ciała) widzimy zwiększającą się rolę wspierającą dla sztucznej inteligencji, dzięki uczeniu głębokiemu, podobnie jest we wsparciu zbierania wywiadów typowych dla częstych schorzeń, jak też tych rzadkich – jednak w interwencyjnej chirurgii ten okres prawdziwych „lekarzy robotycznych” pozostało przed nami – tym bardziej tych cechujących się konieczną empatią.

.