Chirurgie-Roboter führt selbstständig Gallenblasenoperation durch
Ein chirurgischer Roboter entfernt eine Gallenblase autonom. Erlernt hat er das Vorgehen durch Operationsvideos.
(Bild: XinHao Chen/Johns Hopkins University)
Forscher der Johns Hopkins University haben einen chirurgischen Roboter weitgehend selbstständig eine Gallenblase eines toten Schweins entfernen lassen. Der Roboter hatte zuvor den Eingriff aus Videos erlernt. Während der Operation erhielt der Roboter zusätzlich Anweisungen per Sprachbefehl von erfahrenen Chirurgen.
Bereits 2022 führte Axel Krieger, leitender Forscher des Chirurgie-Roboter-Projektes, mittels des Smart Tissue Autonomous Robot (STAR) die erste autonome Operation an einem lebendigen Tier durch. Bei dem Schwein wurde damals von dem chirurgischen Roboter eine Laparoskopie, eine Bauchspiegelung, durchgeführt. Der Roboter benötigte dafür jedoch noch einige Hilfestellungen: So erfolgte die Operation in einer kontrollierten Umgebung. Die OP folgte außerdem einem starren, festgelegten Operationsplan, von dem nicht abgewichen werden konnte. Zudem war das Gewebe vorher markiert worden, um dem Roboter einen Anhalt zu geben, wo er ansetzen muss.
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Der neue, von Krieger und weiteren Forschern programmierte chirurgische Roboter mit dem Framework Surgical Robot Transformer-Hierarchie (SRT-H) benötigt diese Art der Unterstützung nicht mehr. Das System mit Künstlicher Intelligenz (KI) trainierten die Wissenschaftler für die Gallenblasenoperation mit Videos. Diese Videos im Umfang von 17 Stunden zeigen, wie Forscher der Johns Hopkins University in Tierkadavern die Gallenblase entfernen, schreiben Wissenschaftler in der Studie "SRT-H: A hierarchical framework for autonomous surgery via language-conditioned imitation learning", die in Science Robotics erschienen ist. Die Videos wurden zusätzlich mit beschreibenden Untertiteln versehen, um dem System das Erlernen der einzelnen Schritte für die Operation zu erleichtern.
Selbstkorrigierendes System
Die Entfernung der Gallenblase umfasst insgesamt 17 Aufgaben. Dazu gehört etwa das Identifizieren bestimmter Kanäle und Arterien, das präzise Greifen und strategische Setzen von Klammern sowie das Schneiden mit einer Schere. Der Roboter lernte aus den Videos durch Imitation die Durchführung der einzelnen Schritte und konnte sie danach autonom umsetzen. Dabei erwies sich der Roboter als anpassungs- und verständnisfähig. Die Anpassung an anatomische Merkmale erfolgt in Echtzeit. Der Roboter ist zudem in der Lage, sich selbst zu korrigieren, wenn etwas nicht ganz rund läuft. Auch auf Zurufe eines erfahrenen Chirurgen kann er reagieren, denn das System basiert auf der gleichen maschinellen Lernarchitektur wie ChatGPT. Es kann also etwa gesprochene Korrekturen umsetzen und daraus lernen.
Für die Gallenblasenoperation benötigte der Roboter länger als ein erfahrener menschlicher Chirurg, allerdings sollen die Ergebnisse vergleichbar gewesen und zu 100 Prozent korrekt umgesetzt worden sein.
Videos by heise
"Für mich zeigt dies wirklich, dass es möglich ist, komplexe chirurgische Eingriffe autonom durchzuführen", sagt Krieger. "Dies ist ein Proof of Concept, dass es möglich ist und dieses Imitationslern-Framework solche komplexen Verfahren mit einem so hohen Maß an Robustheit automatisieren kann."
Das Forschungsteam will dem Chirurgie-Roboter nun weitere Operationen beibringen und testen. Die Fähigkeiten des Systems wollen die Forscher erweitern und verbessern, um vollständig autonome Operationen mit ihm durchführen zu können.
(olb)
