Учёные разработали робота для колоноскопии, оснащённого искусственным интеллектом. Пользоваться этой системой так просто, что с этим справится даже неспециалист. При этом новая процедура менее болезненна для пациента, чем её традиционный аналог. Исследователи надеются, что теперь один из самых распространённых видов рака – колоректальный – будет чаще выявляться на ранних стадиях. Это спасло бы множество жизней.
Достижение описано в научной статье, опубликованной в журнале Nature Machine Intelligence.
Нежеланное спасение
Третье место по распространённости среди всех видов рака занимает колоректальный, то есть рак толстой кишки. Он достаточно хорошо поддаётся лечению на ранних стадиях и значительно хуже – на поздних. Тем не менее более половины случаев этого заболевания диагностируется только на поздних стадиях.
Дело в том, что для надёжной диагностики данного недуга требуется колоноскопия. Это процедура осмотра толстой кишки с помощью специального зонда-трубки. Медицинский работник вводит её через задний проход и буквально заталкивает в кишечник пациента.
Во-первых, это больно и неприятно. Требуется местная анестезия, а нередко пациенты предпочитают даже общий наркоз. Из-за болезненности процедуры многие отказываются от профилактического осмотра. Между тем врачи рекомендуют проходить его хотя бы раз в несколько лет всем людям, достигшим 40–50-летнего возраста.
Во-вторых, обследование может быть выполнено только квалифицированным специалистом. А таковых порой не хватает, и на осмотр выстраиваются внушительные очереди.
"Колоноскопия даёт врачам окно в мир, скрытый глубоко внутри человеческого тела, и играет жизненно важную роль в выявлении таких заболеваний как колоректальный рак. Но эта технология оставалась относительно неизменной на протяжении десятилетий", – отмечает глава научной группы Пьетро Вальдастри (Pietro Valdastri) из Лидского университета в Великобритании.
Под управлением магнита
Вальдастри и его коллеги предложили менее болезненный метод колоноскопии. Он состоит в следующем. Внутрь тела вводится не длинная и сравнительно жёсткая трубка, а небольшой прибор, тянущий за собой узкий гибкий кабель. Таким образом, стенки кишечника испытывают давление зонда только в самой точке осмотра, а не по всей длине толстой кишки от этой точки до анального отверстия. Стоит ли говорить, что ощущения пациента при этом должны быть куда менее неприятными.
Однако гибкий кабель – не жёсткая трубка, с его помощью нельзя толкать зонд сзади. Как в таком случае управлять его движением? Разработчики предлагают использовать магнитное поле. Вне тела пациента помещается магнит, который притягивает находящийся в толстой кишке колоноскоп. Передвигая магнит, можно переместить зонд в нужную точку кишечника.
Однако научиться управлять движением прибора таким путём очень сложно. Наш мозг просто не приучен к подобному. Люди и их предки миллионы лет использовали длинные палки, чтобы дотянуться до труднодоступного объекта, и система координации движений приспособилась к решению этой задачи. И всё же, когда орудовать приходится в кишечнике живого человека, это действие можно доверить только профессионалу. А уж к дирижированию движением предметов на расстоянии с помощью притягивающей силы эволюция и вовсе нас не готовила, поэтому данный навык трудно усвоить.
Тем самым новый подход, смягчающий проблему боли, только обостряет проблему нехватки квалифицированных специалистов.
Легко и просто
Вальдастри и его коллеги предложили смелое решение. Управлять движением магнита (а значит, и зондирующего кишечник устройства) должен не человек, а робот, оснащённый искусственным интеллектом и системой компьютерного зрения. На разработку устройства специалисты потратили около 12 лет (!).
В новой статье представлены результаты испытания новинки на двух живых свиньях. Напомним, что эти животные по размерам тела вообще и толстой кишки в частности близки к человеку.
Система тестировалась в трёх режимах. Первый – полностью ручное управление. Искусственный интеллект робота бездействует, оператор лично управляет движением колоноскопа с помощью экрана и джойстика.
Второй режим – полностью автономный. Человек только отмечает точку, в которую должен попасть зонд. Передвижением из пункта А в пункт Б управляет искусственный интеллект.
Третий режим – полуавтономный. Робот сам манипулирует колоноскопом, но человек может вмешаться и подкорректировать его решение, если сочтёт необходимым.
В испытаниях участвовали десять добровольцев-операторов, не являющихся профессиональными колоноскопистами. Их задачей было за двадцать минут обеспечить осмотр толстой кишки свиньи в заданной точке. Каждый оператор выполнял задание по пять раз в каждом из трёх режимов.
Отметим, что оба подопытных животных находились под общим наркозом. Кроме того, процедура проходила под наблюдением ветеринара, который мог прервать эксперимент в случае угрозы здоровью хрюкающих созданий.
Как и следовало ожидать, хуже всего добровольцы справились с ручным управлением. Только в 58% случаев цель была достигнута за отведённое время. А вот искусственный интеллект без помощи человека добился успеха в 96% случаев. Но самым результативным режимом оказался полуавтономный: буквально все попытки оказались удачными. А ведь операторы, подчеркнём это ещё раз, не имели в этой области профессиональной подготовки.
Светлое будущее
Исследователи планируют перейти к испытанию своего детища на людях в 2021 или 2022 году. Разработчики надеются, что благодаря ему колоноскопия станет менее болезненной для пациента и менее трудоёмкой для медика.
А это значит, что этой в буквальном смысле жизненно важной процедурой будет охвачено больше людей (желательно все люди зрелого возраста). Вследствие этого колоректальный рак будет выявляться в зародыше, когда с ним ещё относительно легко справиться.
В перспективе этот подход можно распространить и на другие эндоскопические исследования, такие как гастро- и бронхоскопия.
К слову, ранее Вести.Ru рассказывали о первом медицинском роботе, самостоятельно ориентирующемся внутри тела. Писали мы и о роботе для дистанционного сбора анализов на опасные инфекции.
