Computer fliegen bereits Flugzeuge und direkte Züge. Sie können Menschen bei den Spielen Go, Schach und Jeopardy schlagen! Wie lange dauert es, bis sie Diagnosen stellen und Operationen durchführen können?
Die technischen Barrieren fallen schnell, sagen Experten. Bald ist es möglicherweise nur noch eine Frage der Präferenz, die die menschlichen Chirurgen unter Kontrolle hält. Und die Orthopädie könnte zu den ersten Fachgebieten gehören, die die Veränderung spüren.
Die orthopädische Chirurgie eignet sich für die Roboterchirurgie, da die Knochen und das Weichgewebe, die orthopädische Chirurgen behandeln, relativ einfach genau abzubilden sind. [1] Die Spezialität verwendet bereits Roboter für mehrere Verfahren.
Bisher haben menschliche Chirurgen alle Entscheidungen darüber getroffen, welche Behandlungen Patienten benötigen und wie sie vorgehen sollen. Sie haben Roboter nur verwendet, um diese Entscheidungen unter Umständen auszuführen, die besondere Geschicklichkeit, Präzision oder Ausdauer erfordern.
In diesem Jahr berichteten schwedische Forscher, dass sie mithilfe künstlicher Intelligenz Handgelenk-, Hand- und Sprunggelenksfrakturen in Röntgenaufnahmen identifizieren konnten. [2] Wie lange dauert es, bis ein mit solchen Informationen ausgestatteter Computer seinen eigenen mechanischen Arm steuern kann, um beispielsweise einen gebrochenen Knochen zu lokalisieren, auszurichten und zu reparieren? Und wie lange danach, bis menschliche Chirurgen überflüssig werden?
"Ich glaube, das ist noch einige Jahre entfernt, und ein Teil davon ist, dass die Technologie weiter verfeinert werden muss", sagt Dr. Alan H. Daniels, Assistenzprofessor für orthopädische Chirurgie an der Brown University. "Darüber hinaus sind Ärzte nicht bestrebt, die Kontrolle über die klinische Praxis an Maschinen zu übergeben."
Eines der beeindruckendsten Beispiele für Roboterchirurgie stammt aus der Gastroenterologie. Im vergangenen Jahr gaben Forscher des Nationalen Gesundheitssystems für Kinder in Washington, DC, und der Johns Hopkins University in Baltimore bekannt, dass ein autonomer Roboter Tränen in den Darm lebender Schweine genäht habe. Die Nähte waren enger und gleichmäßiger verteilt als die von erfahrenen Chirurgen, die das gleiche Verfahren durchführten.
Und bereits steuern einige Urologen Roboter, ohne in den Operationssaal zu schrubben, sagt Dr. Daniels.
Computergestützte Navigation, die derzeit in der Orthopädie verwendet wird
Das Potenzial für eine ähnliche Innovation besteht in der Orthopädie. Orthopäden setzen seit den 1990er Jahren Roboter ein, aber die jüngsten Fortschritte machen die Maschinen nützlicher. In ihrer einfachsten Form können Roboter als Hilfsmittel dienen, um Chirurgen beim Positionieren von Schrauben, Prothesen oder Tunneln zu helfen.
Beispielsweise verwendet der Optotrak 3020 (NDI Measurement Sciences) Infrarotlicht, um Knochen intraoperativ zu lokalisieren. [3] Mit dem Acrobot (REO) steuern Chirurgen hingegen chirurgische Werkzeuge, die von einem Roboterarm gehalten werden, der auf ein vordefiniertes Volumen beschränkt ist. [4] In ähnlicher Weise fräst der Robodoc (Curexo-Technologie) den Kanal für eine Prothese unter Verwendung vorbereiteter Operationspläne, die auf CT-Scans basieren.
Beim Hüftersatz hat sich die Computerunterstützung beim Platzieren der Prothesenschale als genauer erwiesen als bei herkömmlichen Methoden. Andere Roboter haben CT verwendet, um ein virtuelles Echtzeitmodell des Operationsfelds bereitzustellen. Einige verwenden die haptische Technologie, um dem Chirurgen, der einen Roboterarm steuert, einen virtuellen Tastsinn zu verleihen. [1]
Im Knie helfen Roboter auch bei der Ausrichtung von Prothesen und bei minimalinvasiven Operationen. Roboter sind in der Lage, Tunnel im Femur oder in der Tibia mit herkömmlichen Mitteln genauer zu positionieren als Chirurgen, wodurch möglicherweise das Risiko einer Revision der Reparatur des vorderen Kreuzbandes verringert wird. [1]
Die computergestützte Navigation erweist sich bei der Schulterarthroplastik oder bei verzerrter normaler Anatomie als nützlich, z. B. bei Frakturen, Revisionen und Glenoidabnutzung oder Dysplasie. [1]
In der Wirbelsäule hilft die computergestützte Navigation Chirurgen dabei, neurovaskuläre Strukturen zu vermeiden, und sie ist bei der Platzierung von Pedikelschrauben der Lendenwirbelsäule gut etabliert. [5] Laut einigen Studien liegt die Häufigkeit von falsch platzierten Schrauben bei herkömmlichen chirurgischen Techniken bei bis zu 42%, bei Computerunterstützung jedoch nur bei 10%.
Die Roboterchirurgie hat immer noch ihre Nachteile. Insbesondere dauert es länger, bis die Eingriffe abgeschlossen sind, was die Kosten und die Risiken einer Anästhesie erhöht. Aber zumindest in der Wirbelsäule zeichnet sich ein Konsens ab, dass die verbesserte Genauigkeit die zusätzlichen Kosten verdient. [1]
Verwendung künstlicher Intelligenz zur Analyse von Röntgenbildern
Auf der Diagnoseseite wurden nur geringe Fortschritte erzielt, bis sich ein Forscherteam des Karolinska Institutet, Danderyd Hospital, und des Royal Institute of Technology in Stockholm, Schweden, zusammenschloss, um ein System für künstliche Intelligenz zum Lesen von Röntgenbildern zu entwickeln. [2]
Um Computernetzwerken das Lesen von Röntgenbildern beizubringen, versorgten sie sie mit 256.458 Hand-, Handgelenk- und Knöchel-Röntgenbildern mit Etiketten, aus denen hervorgeht, ob die Bilder Frakturen, Körperteile, Lateralität (links oder rechts) und Untersuchungsansicht (anteroposterior / frontal, lateral) enthielten. oder schräg [zwei verschiedene Typen]) und vier skaphoidspezifische Ansichten (proximal, distal, ulnar und radial). Sechsundfünfzig der Bilder enthielten Brüche.
Anstatt die Computernetzwerke so zu programmieren, dass sie nach Merkmalen wie Linien suchen, die diese Merkmale anzeigen könnten, wiesen sie den Computer an, die statistisch mit den Beschriftungen korrelierten Muster zu finden.
Die Forscher erstellten dann einen Goldstandardsatz von 400 Bildern, indem sie diese in voller Auflösung zusammen mit alternativen Ansichten und dem Bericht des Radiologen überprüften. Bei Frakturen hatte das beste Computernetzwerk eine Genauigkeit von 83% bei der Identifizierung von Frakturen in diesen Bildern. Im Vergleich dazu waren die Gutachter in 82% der Fälle genau. Bei einer Teilmenge von Bildern erreichten die Computernetzwerke eine Genauigkeit von 99% für Körperteile, 95% für die Untersuchungsansicht und 90% für die Lateralität.
"Wir waren begeistert, dass wir eine Leistung auf menschlicher Ebene erzielt haben, wenn beide das gleiche Röntgenbild erhalten", sagt Dr. med. Max Gordon, Fellow am Karolinska Institutet.
Mehr als 80% der Entscheidungen von Orthopäden werden auf der Grundlage von Röntgenaufnahmen getroffen, sagte Dr. Gordon. Der nächste Schritt, so prognostiziert er, besteht darin, dass Systeme der künstlichen Intelligenz Bilder verwenden, um das Risiko zu quantifizieren. Möglicherweise wird einem Patienten mitgeteilt, dass ein Knieersatz eine 80% ige Chance hat, die Schmerzen zu beseitigen, und einem anderen, dass das Verfahren eine 50% ige Chance hat. Die Patienten möchten jedoch höchstwahrscheinlich, dass menschliche Experten diese Statistiken mit ihnen besprechen.
"Es wird möglicherweise einen Tag geben, an dem Roboter Patienten untersuchen und alles automatisiert wird, aber das ist eine Zukunft, die so weit entfernt ist", sagt er.
Werden Chirurgen vom Schneidetisch entfernt?
Die Patienten zeigten bislang Begeisterung für Operationen, die von Robotern unterstützt werden, und sind von der High-Tech-Raffinesse geblendet, sagt Dr. Daniels. Er glaubt jedoch, dass Patienten die Idee, menschliche Chirurgen aus der Gleichung zu streichen, möglicherweise ablehnen.
Die Orthopädie hat bereits den Ruf eines "High-Tech-Berufs mit wenig Berührung", der am Krankenbett arbeiten muss. "Ein großer Bestandteil der Beziehung zwischen Arzt und Patient, selbst für Chirurgen, ist die Kommunikation und die Beziehung, und das würde absolut verloren gehen, wenn künstliche Intelligenz beginnt, alle klinischen Entscheidungen zusammen mit oder für den Patienten zu treffen und dann auch durchzuführen die Operation ", sagt er.
Die rechtlichen Konsequenzen müssen ebenfalls noch geklärt werden, betont er. Selbst der beste Roboter, der von der besten künstlichen Intelligenz geleitet wird, wird Fehler machen. Wer haftet dann? Ein Chirurg, der den Eingriff nominell überwacht? Der Hersteller des Roboters?
Einige der größten Hindernisse könnten von Chirurgen selbst ausgehen, die in vielen Situationen immer noch die Möglichkeit haben, Technologien abzulehnen, die sie ersetzen könnten. Die American Society of Anaesthesiologists setzte sich gegen einen von Johnson & Johnson entwickelten und von der US-amerikanischen Food and Drug Administration zugelassenen Anästhesieroboter ein, und nur wenige Krankenhäuser waren bereit, sich anzumelden. Schließlich stellte Johnson & Johnson im März letzten Jahres stillschweigend den Verkauf des Geräts ein.
Dennoch haben technologische Innovationen solche Einwände in anderen Bereichen stetig überwunden. Vorhersagen über selbstfahrende Autos scheinen sich stetig zu kristallisieren, wobei die Tempomatfunktionen immer ausgefeilter werden und Selbstparkfunktionen bereits bei High-End-Modellen verfügbar sind.
Die kurzfristige Zukunft der Chirurgie könnte der des Fluges ähnlicher sein, sagt Dr. Daniels. "Der Airline-Pilot ist da, um beim Landen und Fliegen eines Flugzeugs zu helfen, aber die Instrumente können einen sehr großen Teil der Arbeit erledigen."
Machen Sie sich bereit für die Operation am Autopiloten.
