Chirurgie-Roboter lernt aus Videos Durchführung chirurgischer Eingriffe

Wissenschaftler der Johns Hopkins University sowie der Stanford University haben einen "Da Vinci"-Chirurgie-Roboter mit Videos von Operationen an Menschen darauf trainiert, selbstständig einfache chirurgische Eingriffe durchzuführen. Die Ergebnisse ihrer Forschungsarbeit stellten die Forscher auf der Conference on Robot Learning in München vor.

Grundlage des Trainingsmaterials für den Da Vinci Surgical Robot sind hunderte Videos, die von Handgelenkkameras während chirurgischer Eingriffe von Menschen durch die Roboter aufgezeichnet worden waren. Die Videos werden von Chirurgen zur postoperativen Analyse verwendet und archiviert. Weltweit sind etwa 50.000 Chirurgen auf das "Da Vinci"-System geschult. Rund 7000 "Da Vinci"-Roboter sind im Einsatz. Daraus ergibt sich auch die hohe Anzahl an zur Verfügung stehenden Videos für das Training.

Lernen durch Nachahmung

Die Wissenschaftler zielten dabei darauf ab, dem Roboter drei grundlegende chirurgische Fertigkeiten beizubringen: die Manipulation einer Nadel, das Anheben von Körpergewebe sowie das Vernähen einer Wunde.

"Alles, was wir brauchen, ist eine Bildeingabe, und dann findet dieses KI-System die richtige Aktion", sagt Ji Woong "Brian" Kim, Hauptautor des wissenschaftlichen Papers "Surgical Robot Transformer (SRT): Imitation Learning for Surgical Tasks" (PDF). "Wir haben festgestellt, dass das Modell schon nach ein paar hundert Demos in der Lage ist, das Verfahren zu erlernen und neue Umgebungen zu verallgemeinern, die es noch nicht kennt."

Mittels Nachahmungslernen haben die Wissenschaftler dem System beigebracht, einfache chirurgische Eingriffe vorzunehmen. Das war jedoch nicht ganz einfach, weil "Da Vinci"-Roboter notorisch ungenau seien. Die Forscher konnten dieses Problem jedoch lösen, indem sie das Modell so trainierten, dass es relative und nicht absolute Bewegungen durchführt. Letztere seien zu ungenau.

Auch habe das Modell Dinge erlernt, die ihm nicht explizit beigebracht worden seien. So kann der Roboter etwa eine fallen gelassene Nadel selbstständig wieder aufheben. Einige Videos von dem Roboter sind auf der GitHub-Seite des Projektes zu sehen.

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Das KI-Modell könne dazu genutzt werden, um einen Chirurgie-Roboter schnell zu trainieren. Eine erheblich zeitaufwendige Programmierung entfalle dadurch. Es sei auch möglich, dem Roboter komplexere chirurgische Aufgaben beizubringen, wie etwa komplette Operationen, sagen die Wissenschaftler.

(olb)