In de operatiekamer van de toekomst maken computergestuurde hulpsystemen het werk van chirurgen een stuk eenvoudiger. Dan is het niet de medisch specialist die een operatieassistent vraagt om een bepaald instrument, maar een intelligent systeem dat de chirurg een bepaalde aanpak voorstelt
“Dergelijke ondersteunende functies zijn echter alleen mogelijk als computers in staat zijn om te anticiperen op belangrijke gebeurtenissen in de operatiekamer en de juiste informatie op het juiste moment te geven”, legt prof. Stefanie Speidel, hoofd van de afdeling Translationele Chirurgische Oncologie bij het Nationale Centrum voor Oncologie in Dresden (NCT/UCC).
Samen met het Centrum voor Tactiel Internet met Menselijk-Machine Interactie (CeTI) van de TU Dresden werkt zij aan de ontwikkeling van kunstmatige intelligentie (AI) voor dat doel.
Robot neemt plaats chirurgen niet in
Die intelligentie is een belangrijke voorwaarde voor het gebruik van autonome robotsystemen. Bijvoorbeeld voor een robot die eenvoudige subtaken in de operatiekamer uitvoert, zoals het opzuigen van bloed. Zo’n slim systeem kan ook waarschuwen voor mogelijke complicaties bij het gebruik van een bepaald instrument.
“Onze visie is echter niet om de chirurg te vervangen door een robot of andere assistenten. De intelligente systemen moeten slechts een helpende hand bieden en de arts en het hele operatieteam ontlasten”, aldus Prof. Jürgen Weitz, directeur van NCT/UCC en directeur van de Kliniek voor Viscerale, Thoracale en Vasculaire Chirurgie bij de Universiteitskliniek Dresden.
Menselijk leervermogen nabootsen
De wetenschappers gebruikten een kunstmatig neuraal netwerk dat het menselijk vermogen om te leren nabootst, om het AI-systeem te trainen. Daarbij gebruikten zij videobeelden van een operatie waarin de toepassing van bepaalde instrumenten enkele minuten voor het gebruik ervan werd weergegeven. Vervolgens trainden ze het neurale netwerk met 60 video’s van galblaasverwijdering, die standaard werden opgenomen met behulp van een laparoscoop in de buik. In deze video’s was het gebruik van vijf verschillende instrumenten door middel van markers aangegeven.
Later moest het neurale netwerk zijn kennis bewijzen op nog eens 20 video’s zonder die markers. De wetenschappers konden aantonen dat het systeem belangrijke leerresultaten had geboekt. Het kon in veel gevallen het gebruik van instrumenten correct voorspellen.
Gebruiksvriendelijker dan andere systemen
In vergelijking met andere benaderingen is dit neurale netwerk veel geschikter gebleken voor toepassing. Het maakt ook de aanpak van complexe taken mogelijk. “We waren in staat om aan te tonen dat een kunstmatig neuraal netwerk met specifieke aanpassingen en een goed geformuleerde wiskundige taak, in staat is om met een minimum aan markeerinspanning zinvolle uitspraken te doen over het type instrument dat moet worden geselecteerd,” zei Dominik Rivoir van de afdeling Translationele Chirurgische Oncologie van het NCT/UCC.
Methode verfijnen
De wetenschappers zijn nu van plan de methode te verfijnen en het neurale netwerk te voeden met verdere datasets. Een focus zal liggen op operatievideo’s waarin meer ernstige bloedingen te zien zijn. Met behulp van deze beeldgegevens zal het netwerk nog beter leren wanneer de bloedingen moeten worden afgezogen met behulp van een speciaal instrument. In de gepresenteerde studie hebben de onderzoekers al kunnen aantonen dat het net met een hoge mate van zekerheid het verschijnen van een klem voor het vastklemmen van bijvoorbeeld een bloedvat heeft kunnen interpreteren als een kenmerk om het gebruik van een schaar kort daarna te kunnen voorspellen. In de toekomst kan dit dienen als basis voor de timing van het gebruik van een robotgestuurd zuiginstrument of voor het voorspellen van complicaties.
Lees via deze link ook andere AI-artikelen over robotchirurgie.
Cover foto: Autonome robotsystemen en andere intelligente hulpsystemen bieden chirurgisch teams in de toekomst ondersteuning. © NCT/UCC/André Wirsig
Als je dit artikel leuk vindt, lees dan ook:
