Robots zijn al langer belangrijke hulpjes in de operatiekamer, maar nu is er een volgende stap gezet: een robot heeft zonder menselijke hulp een groot deel van een galblaasoperatie uitgevoerd.
De robot opereerde voor het eerst een levensechte patiënt en reageerde tijdens de operatie op stemcommando’s van het onderzoeksteam. Zo leerde hij op dezelfde manier als een beginnende chirurg, die met een mentor werkt.
De robot presteerde foutloos tijdens alle tests en had de expertise van een echte menselijke chirurg, zelfs tijdens onverwachte scenario’s die typisch zijn voor medische noodsituaties in het echte leven. Dat maakt het zo bijzonder: de onderzoekers van de Johns Hopkins University hebben het voor elkaar gekregen dat robots kunnen opereren met zowel mechanische precisie als menselijk aanpassingsvermogen.
Navigeren op elke weg
“Deze vooruitgang brengt ons van robots die specifieke chirurgische taken kunnen uitvoeren naar robots die chirurgische procedures echt begrijpen”, zegt medisch robotwetenschapper Axel Krieger. “Dit is een cruciaal onderscheid dat ons aanzienlijk dichter brengt bij klinisch bruikbare autonome chirurgische systemen, die kunnen werken in de rommelige, onvoorspelbare realiteit van daadwerkelijke patiëntenzorg.”
In 2022 voerde Kriegers Smart Tissue Autonomous Robot, STAR, de eerste autonome robotchirurgie uit op een levend dier: een kijkoperatie bij een varken. Maar die robot had speciaal gemarkeerd weefsel nodig, opereerde in een zeer gecontroleerde omgeving en volgde een strikt, vooraf bepaald chirurgisch plan. Krieger vertelt dat het was alsof je een robot langs een zorgvuldig uitgestippelde route leerde rijden. Maar zijn nieuwe systeem, zegt hij, “is alsof je een robot leert navigeren op elke weg, onder alle omstandigheden, intelligent reagerend op wat hij ook tegenkomt”.
Grote stap vooruit
De Surgical Robot Transformer-Hierarchy, SRT-H, voert werkelijk chirurgie uit, past zich in realtime aan individuele lichaamskenmerken aan, neemt ter plekke beslissingen en corrigeert zichzelf als dingen niet gaan zoals verwacht.
SRT-H is met dezelfde machinelearning-architectuur gebouwd als ChatGPT. Daardoor kan hij reageren op gesproken commando’s, zoals ‘pak de galblaaskop’ en ‘beweeg de linkerarm een beetje naar links’. De robot leert bovendien van deze feedback.
“Dit werk betekent een grote sprong voorwaarts, omdat het enkele van de fundamentele barrières aanpakt voor de inzet van autonome operatierobots in de echte wereld”, zegt hoofdauteur Ji Woong Kim van Stanford University. “Onze studie toont aan dat AI-modellen betrouwbaar genoeg zijn voor chirurgische autonomie, iets dat ooit heel ver weg leek.”
Complexe procedures
Vorig jaar gebruikte Kriegers team het systeem om een robot te trainen voor het uitvoeren van drie fundamentele chirurgische taken: het bewegen van een naald, het optillen van lichaamsweefsel en hechten. Deze taken duurden elk slechts een paar seconden.
Het verwijderen van een galblaas is veel complexer. Het vraagt om zeventien handelingen die minutenlang duren. De robot moest bepaalde kanalen en slagaders identificeren en die precies vastpakken, strategisch clips plaatsen en delen met een schaar doorsnijden.
SRT-H leerde hoe dat moest door video’s te bekijken van Johns Hopkins-chirurgen die de operatie uitvoerden op varkenskadavers. Het team verbeterde de visuele training met bijschriften die de taken beschreven. Na het bekijken van de video’s voerde de robot de operatie uit met 100 procent nauwkeurigheid. Hij deed er wel iets langer over dan een menselijke chirurg, maar de resultaten waren vergelijkbaar. “Ook chirurgische assistenten krijgen vaak verschillende delen van een operatie op verschillende snelheden onder de knie. Dat geldt ook voor deze autonome robotsystemen”, verklaart Johns Hopkins-chirurg Jeff Jopling.
Meerdere soorten operaties
De robot presteerde feilloos onder verschillende anatomische omstandigheden en tijdens onverwachte gebeurtenissen. Zo veranderden de onderzoekers de startpositie van de robot en voegden ze bloedachtige kleurstoffen toe die het uiterlijk van de galblaas en omliggende weefsels veranderden.
“Voor mij toont het echt aan dat het mogelijk is om complexe chirurgische procedures autonoom uit te voeren”, besluit Krieger. “Dit is een proof of concept dat bewijst dat het mogelijk is om zo’n complexe procedure geautomatiseerd aan te leren met een heel hoge mate van nauwkeurigheid.”
De onderzoekers willen het systeem nu trainen om meer soorten operaties uit te voeren en de mogelijkheden uitbreiden om een compleet autonome operatie uit te voeren.
Deze doorbraak is een belangrijke mijlpaal in de ontwikkeling van autonome chirurgische systemen die daadwerkelijk kunnen functioneren in de complexe en onvoorspelbare omgeving van echte patiëntenzorg.
