Autonomiczne roboty chirurgiczne – opis technologii i wybrane przykłady

Jakub Staniszewski; Alicja Pluta; Dominika Kaczyńska; Michał Bielówka; Aleksandra Wocław; Oliwia Wydmańska

Autonomiczne roboty chirurgiczne – opis technologii i wybrane przykłady

Autorzy

Jakub Staniszewski - Studenckie Koło Naukowe przy Katedrze i Zakładzie Biofizyki im. prof. Zbigniewa Religi, Wydział Nauk Medycznych w Zabrzu, Śląski Uniwersytet Medyczny w Katowicach; Alicja Pluta; Dominika Kaczyńska; Michał Bielówka; Aleksandra Wocław; Oliwia Wydmańska

Słowa kluczowe:

autonomiczne roboty chirurgiczne, sztuczna inteligencja, zastosowania kliniczne, uczenie maszynowe, aspekty etyczne

Streszczenie

Postęp w chirurgii rozpoczął się od wynalezienia anestezji i antyseptyki, od tamtego czasu trwa nieprzerwanie aż do teraz. Obecnie nowe technologie informatyczne takie jak sztuczna inteligencja, uczenie maszynowe i uczenie głębokie, są źródłem inspiracji i nowych możliwości, które mogą wykorzystać twórcy postępu, inżynierowie i lekarze. Mając do dyspozycji te narzędzia, będzie można projektować i budować roboty chirurgiczne, które do swojego działania będą wymagały jedynie nadzoru chirurga, same zaś będą prowadzić proces decyzyjny i same będą przystępować do przeprowadzania operacji. W rozdziale tym omówiona zostanie tematyka autonomicznych robotów chirurgicznych i nie tylko. Opisana zostanie próba uporządkowania według poziomów rosnącej autonomiczności robotów chirurgicznych, podstawy sztucznej inteligencji i uczenia maszynowego, oraz zostaną wymienione wybrane przykłady autonomicznych robotów chirurgicznych oraz tych wykorzystywanych w innych gałęziach medycyny. W rozdziale zostanie również opisane problemy etyczne jakie rodzi autonomiczne działanie robotów chirurgicznych. Do stworzenia tego rozdziału wykorzystane zostały publikacje dostępne w Internecie, a jego celem jest przybliżenie czytelnikowi zagadnienia jakim są autonomiczne roboty chirurgiczne.

Bibliografia

Greene NM. Anesthesia and the development of surgery (1846-1896). Anesth Analg. 1979;58(1):5-12. doi:10.1213/00000539-197901000-00003

Rivero-Moreno Y, Rodriguez M, Losada-Muñoz P, et al. Autonomous Robotic Surgery: Has the Future Arrived?. Cureus. 2024;16(1):e52243. Published 2024 Jan 14. doi:10.7759/cureus.52243

Gumbs AA, Frigerio I, Spolverato G, et al. Artificial Intelligence Surgery: How Do We Get to Autonomous Actions in Surgery?. Sensors (Basel). 2021;21(16):5526. Published 2021 Aug 17. doi:10.3390/s21165526

Lane T. A short history of robotic surgery. Ann R Coll Surg Engl. 2018;100(6_sup):5-7. doi:10.1308/rcsann.supp1.5

Shademan A, Decker RS, Opfermann JD, Leonard S, Krieger A, Kim PC. Supervised autonomous robotic soft tissue surgery. Sci Transl Med. 2016;8(337):337ra64. doi:10.1126/scitranslmed.aad9398

Loftus TJ, Filiberto AC, Balch J, et al. Intelligent, Autonomous Machines in Surgery. J Surg Res. 2020;253:92-99. doi:10.1016/j.jss.2020.03.046

Moor JH. The Turing Test : The Elusive Standard of Artificial Intelligence. Springer Netherlands; 2003

Mintz Y, Brodie R. Introduction to artificial intelligence in medicine. Minim Invasive Ther Allied Technol. 2019;28(2):73-81. doi:10.1080/13645706.2019.1575882

Sharma N, Sharma R, Jindal N. Machine Learning and Deep Learning Applications-A Vision. Global Transitions Proceedings. 2021;2(1). doi:https://doi.org/10.1016/j.gltp.2021.01.004

Yang GZ, Cambias J, Cleary K, et al. Medical robotics-Regulatory, ethical, and legal considerations for increasing levels of autonomy. Sci Robot. 2017;2(4):eaam8638. doi:10.1126/scirobotics.aam8638

Attanasio A, Scaglioni B, De Momi E, Fiorini P, Valdastri P. Autonomy in Surgical Robotics. Annual Review of Control, Robotics, and Autonomous Systems. 2020;4(1). doi:https://doi.org/10.1146/annurev-control-062420-090543

Brassetti A, Ragusa A, Tedesco F, et al. Robotic Surgery in Urology: History from PROBOT® to HUGOTM. Sensors (Basel). 2023;23(16):7104. Published 2023 Aug 11. doi:10.3390/s23167104

Slawinski PR, Taddese AZ, Musto KB, Obstein KL, Valdastri P. Autonomous Retroflexion of a Magnetic Flexible Endoscope. IEEE Robot Autom Lett. 2017;2(3):1352-1359. doi:10.1109/LRA.2017.2668459

Taylor R, Du X, D Proops, Reid A, Coulson C, Brett PN. A sensory-guided surgical micro-drill. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers Part C, Journal of mechanical engineering science. 2010;224(7):1531-1537. doi:https://doi.org/10.1243/09544062jmes1933

Liow MHL, Chin PL, Pang HN, Tay DK, Yeo SJ. THINK surgical TSolution-One® (Robodoc) total knee arthroplasty. SICOT J. 2017;3:63. doi:10.1051/sicotj/2017052

Saeidi H, Opfermann JD, Kam M, et al. Autonomous robotic laparoscopic surgery for intestinal anastomosis. Sci Robot. 2022;7(62):eabj2908. doi:10.1126/scirobotics.abj2908

Saeidi H, Opfermann JD, Kam M, et al. Autonomous robotic laparoscopic surgery for intestinal anastomosis. Science Robotics. 2022;7(62). doi:https://doi.org/10.1126/scirobotics.abj2908

Rose PT, Nusbaum B. Robotic hair restoration. Dermatol Clin. 2014;32(1):97-107. doi:10.1016/j.det.2013.09.008

iHair. ARTAS Robotic Hair Transplant. iHair website. https://www.ihair.com/artas-robotic-hair-transplant/. Accessed May 1, 2024

Kilby W, Dooley JR, Kuduvalli G, Sayeh S, Maurer CR Jr. The CyberKnife Robotic Radiosurgery System in 2010. Technol Cancer Res Treat. 2010;9(5):433-452. doi:10.1177/153303461000900502

Moustris GP, Hiridis SC, Deliparaschos KM, Konstantinidis KM. Evolution of autonomous and semi-autonomous robotic surgical systems: a review of the literature. Int J Med Robot. 2011;7(4):375-392. doi:10.1002/rcs.408

Perry TS. Profile: Veebot [Resources_Start-ups]. IEEE Spectrum. 2013;50(8):23-23. doi:https://doi.org/10.1109/MSPEC.2013.6565554

Veebot. Veebot website. https://www.veebot.com/. Accessed May 1, 2024.

Huang HW, Sakar MS, Petruska AJ, Pané S, Nelson BJ. Soft micromachines with programmable motility and morphology. Nat Commun. 2016;7:12263. Published 2016 Jul 22. doi:10.1038/ncomms12263

Ornes S. Inner Workings: Medical microrobots have potential in surgery, therapy, imaging, and diagnostics. Proc Natl Acad Sci U S A. 2017;114(47):12356-12358. doi:10.1073/pnas.1716034114

Pai SN, Jeyaraman M, Jeyaraman N, et al. In the Hands of a Robot, From the Operating Room to the Courtroom: The Medicolegal Considerations of Robotic Surgery. Cureus. 2023;15(8). doi:https://doi.org/10.7759/cureus.43634

O'Sullivan S, Nevejans N, Allen C, et al. Legal, regulatory, and ethical frameworks for development of standards in artificial intelligence (AI) and autonomous robotic surgery. Int J Med Robot. 2019;15(1):e1968. doi:10.1002/rcs.1968

American College of Surgeons. AI is poised to "revolutionize" surgery. https://www.facs.org/for-medical-professionals/news-publications/news-and-articles/press-releases/2023/ai-revolutionize-surgery. Accessed May 1, 2024