Первый среди роботов. «Механический хирург» сделал операцию без помощи человека

Впервые в истории робот-хирург, разработанный учеными из Университета Джонса Хопкинса, самостоятельно выполнил сложную операцию по удалению желчного пузыря на анатомически верной модели человека. В отличие от предыдущих версий, новая система SRT-H не просто повторяет действия хирурга, а адаптируется в режиме реального времени, реагируя на голосовые команды и неожиданные ситуации, подобно молодому врачу под руководством опытного наставника.

В 2022 году автономный робот-хирург STAR, также созданный в Университете Джонса Хопкинса, провел свою первую операцию на живом существе – лапароскопию у свиньи. Однако тогда роботу требовались предварительно размеченные ткани, строго контролируемая обстановка и четкий, заранее установленный алгоритм. Это было похоже на обучение робота вождению по строго определенному маршруту.

Новая система Surgical Robot Transformer-Hierarchy (SRT-H) адаптируется к анатомическим особенностям непосредственно во время операции, принимает решения в процессе работы и самостоятельно корректирует свои действия, если что-то идет не по плану. Разработчики сравнивают это со способностью уверенно ориентироваться в незнакомой местности: SRT-H может «перемещаться по любой дороге, в любых условиях, реагируя на все препятствия на пути».

SRT-H основан на той же архитектуре машинного обучения, что и ChatGPT. Он способен реагировать на голосовые команды (например, «захватить шейку желчного пузыря») и корректировки («немного сместить левую руку влево»), обучаясь на полученной обратной связи. В прошлом году команда обучила этого робота трем основным хирургическим задачам: манипулированию иглой, поднятию тканей и наложению швов.

Удаление желчного пузыря – гораздо более сложная процедура, включающая 17 последовательных этапов. Роботу было необходимо точно идентифицировать протоки и артерии, аккуратно захватывать их, накладывать зажимы в нужных местах и отсекать ткани ножницами.

Вместо предварительного кодирования каждого действия, разработчики обучили SRT-H, используя методику, схожую с обучением начинающих врачей – через демонстрацию реальных хирургических операций.

Робот анализировал видеозаписи, на которых хирурги из университета выполняли аналогичные манипуляции на телах свиней. Для улучшения усвоения информации, видеоматериалы были дополнены текстовыми пояснениями к каждому этапу операции.

После просмотра обучающих видео, робот успешно провел операцию, достигнув 100% точности. Несмотря на то, что искусственному хирургу потребовалось больше времени на выполнение процедуры, чем человеку, качество выполненной работы соответствовало уровню опытного профессионала. Робот продемонстрировал устойчивость к различным помехам. Он стабильно работал даже при изменении расположения инструментов или при использовании красителей, имитирующих кровь, которые влияли на визуальное восприятие анатомических структур.

Команда разработчиков планирует продолжить обучение и тестирование системы на большем количестве операций, а также расширить её функциональность для выполнения полностью автоматизированных хирургических вмешательств.

Изображение: Синьхао Чен/Университет Джонса Хопкинса