Robot học cách thực hiện các nhiệm vụ phẫu thuật một cách thành thạo chỉ bằng cách xem video

Con người phải mất nhiều năm nghiên cứu chuyên sâu và một đôi tay vững vàng để có thể thực hiện phẫu thuật, nhưng robot có thể dễ dàng thực hiện điều này hơn nhờ công nghệ AI ngày nay.

Các nhà nghiên cứu tại Đại học Johns Hopkins (JHU) và Đại học Stanford đã dạy một hệ thống phẫu thuật robot thực hiện một loạt các nhiệm vụ phẫu thuật thành thạo như bác sĩ con người, chỉ bằng cách đào tạo nó bằng các video về các thủ thuật đó.

Nhóm nghiên cứu đã tận dụng Hệ thống phẫu thuật da Vinci cho nghiên cứu này. Đây là hệ thống rô-bốt thường được điều khiển từ xa bởi bác sĩ phẫu thuật với các cánh tay điều khiển các dụng cụ để thực hiện các nhiệm vụ như mổ, hút, cắt và niêm phong mạch máu. Các hệ thống như thế này giúp bác sĩ phẫu thuật kiểm soát, chính xác hơn nhiều và quan sát kỹ hơn các bệnh nhân trên bàn phẫu thuật.

Sử dụng phương pháp học máy được gọi là học mô phỏng, nhóm đã đào tạo Hệ thống phẫu thuật da Vinci để tự thực hiện ba nhiệm vụ liên quan đến các quy trình phẫu thuật: thao tác kim, nâng mô cơ thể và khâu.

Hệ thống phẫu thuật không chỉ thực hiện những điều này tốt như con người mà còn học cách tự sửa lỗi. "Giống như nếu nó làm rơi kim, nó sẽ tự động nhặt kim lên và tiếp tục. Đây không phải là điều tôi dạy nó làm", Axel Krieger, trợ lý giáo sư tại JHU cho biết.

Các nhà nghiên cứu đã đào tạo một mô hình AI bằng cách kết hợp học tập mô phỏng với kiến trúc học máy mà các chatbot phổ biến như ChatGPT được xây dựng. Tuy nhiên, trong khi các chatbot đó được thiết kế để hoạt động với văn bản, mô hình này lại đưa ra động học - một ngôn ngữ được sử dụng để mô tả chuyển động với các yếu tố toán học như số và phương trình - để chỉ đạo các cánh tay của hệ thống phẫu thuật.

Mô hình được đào tạo bằng cách sử dụng hàng trăm video được ghi lại từ camera đeo tay gắn trên cánh tay của robot da Vinci trong quá trình phẫu thuật. Nhóm nghiên cứu tin rằng mô hình của họ có thể đào tạo robot thực hiện bất kỳ loại thủ thuật phẫu thuật nào một cách nhanh chóng và dễ dàng hơn nhiều so với phương pháp truyền thống là mã hóa thủ công từng bước cần thiết để chỉ đạo hành động của robot phẫu thuật.

Theo Krieger, điều này có thể giúp phẫu thuật tự động trở thành hiện thực sớm hơn chúng ta có thể hình dung trước đây. "Điểm mới ở đây là chúng ta chỉ cần thu thập dữ liệu mô phỏng về các quy trình khác nhau và chúng ta có thể đào tạo một con rô-bốt để học trong vài ngày. Điều này cho phép chúng ta tăng tốc đến mục tiêu tự chủ trong khi giảm lỗi y khoa và đạt được phẫu thuật chính xác hơn", ông Krieger nhấn mạnh.

Đó có thể là một trong những đột phá lớn nhất trong thế giới phẫu thuật hỗ trợ bằng robot trong những năm gần đây. Có một số thiết bị tự động được sử dụng trong các hoạt động phức tạp, như hệ thống CorPath của Corindus dành cho các thủ thuật tim mạch. Tuy nhiên, khả năng của chúng thường chỉ giới hạn ở một số bước nhất định của các ca phẫu thuật mà chúng hỗ trợ.

Hơn nữa, Krieger chỉ ra rằng việc mã hóa từng bước cho một hệ thống robot có thể rất chậm. Ai đó có thể dành cả thập kỷ để cố gắng mô hình hóa khâu. Và đó chỉ là khâu cho một loại phẫu thuật.

Krieger trước đây cũng đã nghiên cứu một cách tiếp cận khác để tự động hóa các nhiệm vụ phẫu thuật. Vào năm 2022, nhóm nghiên cứu của ông đã phát triển Robot tự động mô thông minh, hay STAR, tại JHU. Được hướng dẫn bởi một ống nội soi ba chiều dựa trên ánh sáng cấu trúc và một thuật toán theo dõi dựa trên máy học, robot đã khâu phức tạp hai đầu ruột lợn lại với nhau mà không cần sự can thiệp của con người.

Các nhà nghiên cứu JHU hiện đang làm việc để đào tạo một robot bằng phương pháp học bắt chước của họ để thực hiện một ca phẫu thuật hoàn chỉnh. Có lẽ sẽ mất nhiều năm nữa trước khi chúng ta thấy robot hoàn toàn thay thế bác sĩ phẫu thuật, nhưng những cải tiến như thế này có thể giúp các phương pháp điều trị phức tạp trở nên an toàn hơn và dễ tiếp cận hơn đối với bệnh nhân trên toàn cầu.

 An Hạ