Ved hjælp af AR og VR med at træne kirurger
Danny Goel, CEO og ortopædisk kirurg, klinisk lektor UBC Institut for Ortopædisk kirurgi, forklarer, hvordan gaming-teknologi bliver integreret i den medicinske uddannelse industri.
Kirurgiske robotter er nu en standard, der er en del af det medicinske team, der arbejder i operationsstuen. Men, på trods af at blive kaldt robotter, disse maskiner er ikke uafhængige – de er stadig helt under kontrol af den læge, der opererer dem, der besidder værktøjer og kameraer til at udføre minimalt invasiv kirurgi ved hjælp af deres maskine assistent. Et projekt i Australien, dog, kan være starten på en ny retning i robot-kirurgi.
Forskere ved Australian Center for Robot-Vision, en del af Queensland University of Technology (QUT), har arbejdet på begreberne kirurgisk snakebots da 2015, med det formål at skabe mere fleksible instrumenter for robot-kirurgi.
Efter at have siddet på knæ operationer — arthroscopies, hvor kirurger udføre keyhole operationer til at undersøge og reparere fuger — den QUT holdet så der var behov for nye værktøjer, der kan gå rundt om hjørner og passe ind i det snævre rum i knæet, bare et par millimeter bred, snarere end den lige, ufleksible instrumenter, der er mere almindeligt i teatre.
Den første iteration af QUT snakebot var et enkelt stykke hardware, der er sammensat af stykker af metal, der ville teleskopet i hinanden og kan udvides til at danne en kurve. Mens den oprindelige bot monteret den buede-værktøj kort, der ikke tilbyder kurver, der var stram nok for meget snævre rammer knæet eller evnen til at dreje omkring hjørner, noget behov for værktøj til at nå visse dele af knæleddet.
Nu er forskerne ved at tage et nyt kig på snakebots, at genopfinde deres serpentine hardware til brug med en version af principper for evolution — som set gennem linsen af AI.
Mens de tidlige snakebot var en one-size-fits-all tilbud, de nye generationer af snakebots er designet til at være så enkelte patienter, at de vil blive brugt på.
“Vi tror, det er den mest enestående ting om forskning. Mennesker, der har lavet alle mulige snakebots, før, naturligvis, men dette begreb om at lave en snakebot for hver patient, og for hver af deres operationer. Det er en helt custom snakebot for, at patienten og den særlige fælles operationen bliver udført på,” centrets chef efterforsker Jonathan Roberts fortalte ZDNet.
Venstre til højre: Ph.d. – Forsker Andrew Razjigaev, professor Ross Crawford og professor Jonathan Roberts på arbejde om snakebot.
Australian Center for Robot-Vision
For at skabe snakebots, der arbejder i rammerne af den enkeltes anatomi, den QUT team skabe titusinder af virtuelle versioner af snakebot og sæt evolutionære algoritmer til at arbejde på dem, i en survival-of-the-fittest konkurrence designet til at skabe den bedste tilgængelige bot.
For det første, patientens knæ er scannet af CT-eller MR-scanning og en model af dens indre anatomi er modelleret. Sammen med kirurgen, den QUT system, så afgrænser, hvilke dele af knæet, vil kirurgen har brug for at nå under operationen, samt de dele, de har brug for at undgå.
Med den model knæet på plads, QUT system sætter et hundrede snakebot designs gennem deres hastigheder, test dem enkeltvis i en simulation til at finde ud af, hvor godt de kommer til at rette dele af knæet. Bagefter, de er placeret i henhold til deres resultater. Så den evolutionære algoritme forædler, der klarede sig bedre design i henhold til resultaterne af simulation, der kører simulationen igen og igen, og tweaking den vindende bots og forkaste dem, der ikke er op til bunden.
“Det er at kopiere, hvad der er blevet observeret i naturen, og den proces af evolutionen, men at du gør det inde i computeren… vi dræbe dem, der ikke gør meget godt, og vi parre dem der gør det godt. Parring, i dette tilfælde, betyder, at du kombinere halvdelen af egenskaber og en halv af den anden. Du gør tilfældige mutationer på nogle af dem – ændre et par små stykker under parring.”
Efter 30 generationer, den evolutionære proces er færdig. Endnu en vinder er kronet, det er sendt til 3D printet, med det endelige mål at blive anvendt i kirurgi. Den snakebots er hule, og kirurgens værktøjer og kameraer, som kan stikkes gennem hullet i midten for at nå det fælles overflader.
Hardware udvikler sig, også. I stedet for metal-sektioner, som kan foldes ned som en gammel skole-bil antenne, Snakebot er lavet af en række af de dele af 3D trykt plast, der er tilsluttet hinanden med nylon tråd, og er i stand til at bøje sig som en rygrad.
Fremtidige gentagelser, kunne komme med et nyt kamera system, der er i øjeblikket også under opførelsen af Centret. “Du kan opbygge en 3D-kort af den fælles, når kameraet er i der, som kan bruges af kirurgen eller edb-system til at hjælpe med at styre robotten,” siger Roberts. Systemet kunne også blive semi-autonome, i stand til at guide kirurger væk fra områder af fælles, at de er nødt til at undgå. “Ideen er, at hvis en kirurg var på vej et redskab, til et sted, som de har allerede fortalt systemet er det ikke bør være i, for eksempel, hvis det var at gå for at skade nogle brusk, vi er ved at bygge sikkerhedsfunktion, så at kirurger kan ikke ved et uheld går i det forkerte sted. Der er et system til beskyttelse omkring kirurgen.”
Det er ikke den eneste måde, de robotter, der kan hjælpe ortopædiske kirurger. Holdet arbejder også på en ekstra robot, der holder patientens ben under operationen, og flytter det hele til at tillade lægerne at få adgang til alle en del af den fælles, at de har brug for, en rolle, der traditionelt udføres af kirurg og deres assistenter under operationen.
Den snakebots har været designet til at vedhæfte til den nuværende generation af kirurgisk robotteknologi. Den QUT Snakebots i øjeblikket arbejder med RAVEN II, et forsknings-udgave af Da Vinci-kirurgisk robot, der er en af de mest anvendte robot kirurgisk systemer i medicinsk praksis.
For nu, QUT snakebots er ved at blive testet på anatomiske modeller. Holdet håber at gå på kadavere inden alt for længe, og fra der, til markedsføring i løbet af få år.
SE: Hvad er digital sundhed? Alt, hvad du behøver at vide om fremtiden for sundhedsydelser
Mens snakebots har hidtil været rettet mod ortopædisk kirurgi, de er ikke de eneste operationer, at systemet kan anvendes til: drejninger af hjernen kirurgi kan også være moden til, at det snakebot til at blive indsat, Roberts siger.
“Fordi det handler om robotter for minimalt invasiv kirurgi, der kan gå rundt om hjørner, og er anvendelig til mange, mange ting. En meget indlysende, som folk er begyndt at tale med os om, er neurokirurgi. Hvis du ønsker at komme til et sted i hjernen, du ikke ønsker at nødvendigvis gå i en lige linje fra hvor man kommer fra, at du sandsynligvis ønsker at undgå ting som blodkar. Det er her, du virkelig ønsker at være i stand til at gå rundt om hjørner. At gøre en patient-specifikke robot til en operation i hjernen, der gør en masse forstand. Det er en meget indlysende næste område at undersøge.”
DE SENESTE OG RELATERET INDHOLD
Pharma virksomheder, der regner med, at cloud computing og AI til at gøre udvikling af nye lægemidler hurtigere og billigere
Destination cloud: Hvordan sundhedssektoren organisationer er fremtidssikring strategi og drift
Amazon Alexa givet nye NHS rådgivning om sundhed rolle: Men hvad med patientens personlige?
Medtronic, IBM undersøgelse: Machine learning, app, glucose monitoring hardware combo forbedrer håndtering af diabetes
Kan spille disse videospil virkelig gøre dig til en bedre læge?
Den rolle data videnskab og teknologi i psykiatrisk behandling (TechRepublic)
Relaterede Emner:
3D-Print