Een robot laat zien dat machines op een dag menselijke chirurgen kunnen vervangen.

Bijna veertig jaar geleden begonnen de Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) en NASA met het stimuleren van projecten die chirurgie op afstand mogelijk zouden maken, zowel op het slagveld als in de ruimte. Uit die eerste inspanningen kwamen chirurgische robotsystemen zoals Da Vinci voort, die functioneren als een verlengstuk van de chirurg en minimaal invasieve procedures mogelijk maken met afstandsbediening en 3D-visie. Maar dat is nog steeds slechts een mens die een geavanceerd instrument gebruikt. Nu begint de integratie van generatieve kunstmatige intelligentie en machine learning in de besturing van systemen zoals Da Vinci de opkomst van autonome chirurgische robots denkbaar te maken.

Afgelopen woensdag publiceerde het tijdschrift Science Robotics de resultaten van een onderzoek uitgevoerd door onderzoekers van de universiteiten van Johns Hopkins en Stanford. Ze presenteren een systeem dat in staat is om autonoom verschillende stappen in een operatie uit te voeren, waarbij het leert van video's van mensen die opereren en commando's in natuurlijke taal ontvangt, net zoals een arts in opleiding dat zou doen.

Net als bij menselijk leren, heeft het team van wetenschappers de stappen die nodig zijn om een ​​operatie te voltooien, opgenomen in hun training. Vorig jaar trainde het Johns Hopkins-team, onder leiding van Axel Krieger, de robot om drie basischirurgische taken uit te voeren: het hanteren van een naald, het optillen van lichaamsweefsel en het hechten. Deze training werd uitgevoerd door middel van imitatie en een machine learning-systeem vergelijkbaar met dat van ChatGPT, maar waarbij woorden en tekst werden vervangen door een robottaal die de hoeken van de machinebeweging vertaalt naar wiskunde.

In het nieuwe experiment demonstreerden twee ervaren menselijke chirurgen galblaasverwijderingsoperaties op varkensweefsel buiten het dier. Vierendertig galblazen werden gebruikt om 17 uur aan gegevens en 16.000 trajecten te verzamelen die de machine gebruikte om te leren. De robots konden vervolgens, zonder menselijke tussenkomst en met acht galblazen die ze nog nooit eerder hadden gezien, enkele van de 17 taken die nodig waren om het orgaan te verwijderen, met 100% nauwkeurigheid uitvoeren, zoals het identificeren van bepaalde afvoerbuizen en slagaders, deze nauwkeurig vastpakken, strategisch plaatsen van clips en knippen met een schaar. Tijdens de experimenten was het model in staat zijn eigen fouten te corrigeren en zich aan te passen aan onvoorziene situaties.

In 2022 voerde ditzelfde team de eerste autonome robotoperatie uit op een levend dier: een laparoscopie bij een varken. Maar die robot had speciaal gemarkeerd weefsel nodig, in een gecontroleerde omgeving en volgens een vast operatieplan. In een verklaring van zijn instituut zei Krieger dat het vergelijkbaar was met het leren rijden van een robot langs een zorgvuldig uitgestippelde route. Het nieuwe experiment dat hij zojuist presenteerde, zou – voor de robot – vergelijkbaar zijn met rijden op een onbekende weg, gebaseerd op louter algemene kennis van het rijgedrag van een auto.

José Granell , hoofd van de afdeling Keel-, Neus- en Oorheelkunde en Hoofd- en Halschirurgie van het HLA Moncloa Universitair Ziekenhuis en hoogleraar aan de Europese Universiteit van Madrid, gelooft dat het werk van het Johns Hopkins-team "begint te lijken op iets dat in de buurt komt van echte chirurgie." "Het probleem met robotchirurgie in de weke delen is dat biologie veel intrinsieke variabiliteit kent, en zelfs als je de techniek kent, zijn er in de praktijk veel mogelijke scenario's", legt Granell uit. "Een robot vragen om een ​​bot te bewerken is gemakkelijk, maar met weke delen is alles moeilijker omdat het beweegt. Het is onvoorspelbaar hoe het zal reageren als je duwt, hoeveel het zal bewegen, of het zal breken als het een slagader grijpt als ik te hard trek", vervolgt deze chirurg, en benadrukt: "Deze technologie verandert de manier waarop we de opeenvolging van gebaren trainen die chirurgie vormen."

Voor Krieger brengt deze vooruitgang ons "van robots die specifieke chirurgische taken kunnen uitvoeren naar robots die chirurgische procedures echt begrijpen." De leider van het team dat deze doorbraak met behulp van generatieve AI realiseerde, stelt: "Het is een cruciaal onderscheid dat ons aanzienlijk dichter bij klinisch levensvatbare autonome chirurgische systemen brengt, die in staat zijn om te navigeren door de rommelige en onvoorspelbare realiteit van de echte patiëntenzorg."

Francisco Clascá , hoogleraar menselijke anatomie en embryologie aan de Autonome Universiteit van Madrid, is blij met de vooruitgang, maar wijst erop dat het "een heel eenvoudige operatie" is die wordt uitgevoerd op organen van "heel jonge dieren, die niet de mate van achteruitgang en complicaties hebben van een persoon van 60 of 70 jaar oud, het moment waarop dit soort operaties doorgaans nodig zijn". Bovendien is de robot nog steeds veel langzamer dan een mens die dezelfde taken uitvoert.

Een doel dat ‘heel ver weg is’

Mario Fernández, hoofd van de afdeling Hoofd- en Halschirurgie van het Gregorio Marañón Universitair Ziekenhuis in Madrid, vindt de vooruitgang interessant, maar is van mening dat het vervangen van menselijke chirurgen door machines "nog ver weg is". Hij waarschuwt voor de fascinatie voor technologie zonder rekening te houden met de echte voordelen ervan; en ook voor de prijs, waardoor het niet voor iedereen toegankelijk is.

"Ik ken bijvoorbeeld een ziekenhuis in India waar ze een robot hebben en twee operaties per maand kunnen uitvoeren, waarbij ze twee patiënten opereren. In totaal 48 per jaar. Voor hen is robotchirurgie misschien een manier om te spelen en te leren, maar voor de patiënten daar is het geen realiteit", zegt Fernández, die vindt dat "we technologische vooruitgang moeten waarderen", maar dat chirurgie gewaardeerd moet worden om wat het patiënten biedt. Als tegenvoorbeeld noemt hij "een techniek genaamd transorale echografie , die in Madrid is ontwikkeld en wereldwijd beschikbaar is, die bij zes patiënten per dag wordt uitgevoerd."

Krieger is ervan overtuigd dat hun proof of concept aantoont dat het mogelijk is om complexe chirurgische ingrepen autonoom uit te voeren en dat hun imitatieleersysteem kan worden toegepast op meer soorten operaties. Ze zullen dit blijven testen met andere ingrepen.

Vooruitkijkend wijst Granell erop dat, naast het overwinnen van technische uitdagingen, het proces van robotadoptie traag zal verlopen, omdat we in de chirurgie "zeer conservatief zijn ten aanzien van patiëntveiligheid". Hij werpt ook filosofische vragen op, zoals het overwinnen van de eerste en tweede wet van de robotica, voorgesteld door Isaac Asimov: "Een robot mag een mens geen letsel toebrengen, noch door nalatigheid toestaan ​​dat een mens letsel oploopt" en "een robot moet de bevelen opvolgen die hem door een mens worden gegeven, behalve wanneer dergelijke bevelen in strijd zouden zijn met de Eerste Wet." Deze specialist wijst op de schijnbare tegenstrijdigheid die ontstaat doordat menselijke chirurgen "schade aanrichten, in het belang van de patiënt; en dit is een dichotomie die [voor een robot] zal moeten worden opgelost."