ربات جراحی دستی می تواند به جلوگیری از از دست دادن خون کشنده کمک کند

پس از یک حادثه آسیب زا، یک پنجره زمانی کوچک وجود دارد که متخصصان پزشکی می توانند درمان نجات دهنده را برای قربانیان خونریزی داخلی شدید اعمال کنند. ارائه این نوع مراقبت پیچیده است و مداخلات کلیدی مستلزم وارد کردن یک سوزن و کاتتر در رگ خونی مرکزی است که از طریق آن می توان مایعات، داروها یا سایر کمک ها را تجویز کرد. اولین پاسخ دهندگان، مانند تکنسین های فوریت های پزشکی آمبولانس، برای انجام این روش آموزش ندیده اند، بنابراین درمان تنها پس از انتقال قربانی به بیمارستان انجام می شود. در برخی موارد، زمانی که قربانی برای دریافت مراقبت می رسد، ممکن است خیلی دیر شده باشد.

تیمی از محققان آزمایشگاه MIT لینکلن به سرپرستی لورا براتین و برایان تلفر از گروه سیستم‌های سلامت و عملکرد انسان، همراه با پزشکان مرکز تحقیقات و ترجمه اولتراسوند (CURT) در بیمارستان عمومی ماساچوست، به رهبری آنتونی سامیر، راه حلی برای این مشکل ایجاد کرد. دستگاه مداخله اولتراسوند هدایت‌شده با هوش مصنوعی (AI-GUIDE) یک فناوری پلت‌فرم دستی است که با آموزش ساده به پرسنل کمک می‌کند تا به سرعت یک کاتتر را در یک رگ مشترک فمور نصب کنند و درمان سریع را در محل آسیب ممکن می‌سازد.

“به طور ساده، مانند یک گل میخ یاب بسیار باهوش است که با یک تفنگ میخکوبی دقیق ازدواج کرده است.” مت جانسون، یکی از اعضای تیم تحقیقاتی از گروه سیستم های سلامت انسان و عملکرد آزمایشگاه می گوید.

AI-GUIDE یک دستگاه پلتفرمی است که از الگوریتم های سفارشی ساخته شده و روباتیک یکپارچه ساخته شده است که می تواند با اکثر دستگاه های سونوگرافی قابل حمل تجاری جفت شود. برای کار با AI-GUIDE، کاربر ابتدا آن را روی بدن بیمار، نزدیک جایی که ران به شکم می رسد، قرار می دهد. یک صفحه نمایش هدف گیری ساده کاربر را به مکان صحیح هدایت می کند و سپس به او دستور می دهد که ماشه ای را بکشد که دقیقاً سوزن را وارد رگ می کند. این دستگاه بررسی می‌کند که سوزن به رگ خونی نفوذ کرده است و سپس از کاربر می‌خواهد که یک سیم راهنما یکپارچه را پیش ببرد، یک سیم نازک که برای هدایت ابزار بزرگ‌تری مانند کاتتر به داخل رگ وارد بدن می‌شود. سپس کاربر به صورت دستی یک کاتتر را به جلو می برد. هنگامی که کاتتر به طور ایمن در رگ خونی قرار گرفت، دستگاه سوزن را بیرون می کشد و کاربر می تواند دستگاه را خارج کند.

با وجود کاتتر ایمن در داخل رگ، پاسخ دهندگان می توانند مایع، دارو یا سایر مداخلات را تحویل دهند.

به آسانی فشار دادن یک دکمه

تیم آزمایشگاه لینکلن، هوش مصنوعی را در دستگاه با استفاده از فناوری مورد استفاده برای تشخیص واقعی اشیا در تصاویر توسعه داد.

لارس جستبی، یکی از اعضای تیم تحقیقاتی آزمایشگاه، می‌گوید: «با استفاده از یادگیری انتقال، الگوریتم‌ها را روی مجموعه داده‌های بزرگی از اسکن‌های اولتراسوند که توسط همکاران بالینی ما در MGH به دست آمده بود، آموزش دادیم. “تصاویر حاوی نشانه های کلیدی آناتومی عروق، از جمله شریان فمورال مشترک و ورید.”

این الگوریتم‌ها داده‌های بصری دریافتی از سونوگرافی را که با AI-GUIDE جفت شده‌اند را تفسیر می‌کنند و سپس محل صحیح رگ خونی را به کاربر روی نمایشگر نشان می‌دهند.

Mohit Joshi، یکی از اعضای تیم طراح نمایشگر می‌گوید: «زیبایی نمایشگر روی دستگاه این است که کاربر هرگز نیازی به تفسیر یا حتی دیدن تصاویر اولتراسوند ندارد. آنها به سادگی هدایت می شوند تا دستگاه را حرکت دهند تا زمانی که یک مستطیل که نشان دهنده کشتی مورد نظر است، در مرکز صفحه نمایش قرار گیرد.

برای کاربر، استفاده از دستگاه ممکن است مانند فشار دادن یک دکمه برای پیشبرد یک سوزن آسان به نظر برسد، اما برای اطمینان از موفقیت سریع و قابل اعتماد، کارهای زیادی در پشت صحنه اتفاق می افتد. به عنوان مثال، هنگامی که بیمار حجم زیادی از خون خود را از دست داده و دچار افت فشار خون می شود، سیاهرگ هایی که معمولا گرد و پر از خون هستند صاف می شوند. هنگامی که نوک سوزن به مرکز ورید می رسد، دیواره ورید به جای سوراخ شدن توسط سوزن، احتمالا به سمت داخل “چادر” می شود. در نتیجه، اگرچه سوزن در محل مناسب تزریق شده است، اما نمی تواند وارد رگ شود.

برای اطمینان از اینکه سوزن به طور قابل اعتماد رگ را سوراخ می کند، تیم دستگاه را طوری مهندسی کردند که بتواند کار خود را بررسی کند.

جاش وربلین، مهندس مکانیک این برنامه می‌گوید: وقتی AI-GUIDE سوزن را به سمت مرکز رگ تزریق می‌کند، با ایجاد مکش، وجود خون را جستجو می‌کند. هنگامی که خون وجود دارد، اپتیک در دسته دستگاه فعال می‌شود که نشان می‌دهد جاگذاری موفقیت‌آمیز بوده است.» این تکنیک بخشی از این است که چرا AI-GUIDE نرخ موفقیت تزریق بسیار بالایی را نشان داده است، حتی در سناریوهای کاهش فشار خون که در آن رگ‌ها احتمالاً منفجر می‌شوند.

اخیراً این تیم مقاله ای را در این مجله منتشر کرده است حسگرهای زیستی که در مورد میزان موفقیت درج سوزن AI-GUIDE گزارش می دهد. کاربرانی که تجربه پزشکی از صفر تا بیش از 15 سال داشتند، AI-GUIDE را بر روی یک مدل مصنوعی از بافت انسان و رگ‌های خونی آزمایش کردند و یک کاربر متخصص آن را روی یک سری خوک‌های زنده و آرام‌بخش آزمایش کرد. تیم گزارش داد که تنها پس از دو دقیقه آموزش شفاهی، همه کاربران این دستگاه بر روی بافت مصنوعی انسان در گذاشتن سوزن موفق شدند و همه به جز یک نفر این کار را در کمتر از یک دقیقه انجام دادند. کاربر متخصص همچنین در قرار دادن سریع سوزن و سیم راهنما و کاتتر یکپارچه در حدود یک دقیقه موفق بود. سرعت و دقت درج سوزن با پزشکان مجرب که در محیط های بیمارستانی بر روی بیماران انسانی کار می کنند، قابل مقایسه بود.

تئودور پیرس، رادیولوژیست و همکار از MGH، می‌گوید طراحی AI-GUIDE که استفاده از آن را پایدار و آسان می‌کند، مستقیماً به نیازهای آموزشی کم و عملکرد مؤثر ترجمه می‌شود. او می‌گوید: «AI-GUIDE این پتانسیل را دارد که سریع‌تر، دقیق‌تر، ایمن‌تر و نیاز به آموزش کمتری نسبت به روش‌های فعلی قرار دادن سوزن با هدایت تصویر داشته باشد». طراحی مدولار همچنین امکان سازگاری آسان با انواع سناریوهای بالینی فراتر از دسترسی عروقی، از جمله جراحی کم تهاجمی، بیوپسی با هدایت تصویر، و درمان سرطان با هدایت تصویربرداری را فراهم می کند.

در سال 2021، این تیم جایزه 100 تحقیق و توسعه را برای AI-GUIDE دریافت کرد و آن را در میان نوآورانه‌ترین فناوری‌های جدید سال موجود برای مجوز یا در بازار به رسمیت شناخت.

بعدش چی؟

در حال حاضر، تیم به آزمایش دستگاه و کار بر روی خودکارسازی کامل هر مرحله از عملکرد آن ادامه می دهد. به طور خاص، آنها می‌خواهند مراحل قرار دادن سیم راهنما و کاتتر را خودکار کنند تا خطر خطای کاربر یا احتمال عفونت را کاهش دهند.

پیرس می‌گوید: «پس‌رفتن سوزن پس از قرار دادن کاتتر، احتمال آسیب ناخواسته سوزن را کاهش می‌دهد، یک عارضه جدی در عمل که می‌تواند منجر به انتقال بیماری‌هایی مانند HIV و هپاتیت شود». “ما امیدواریم که کاهش دستکاری اجزای رویه ای که از یکپارچه شدن کامل سوزن، سیم راهنما و کاتتر به دست می آید، خطر عفونت خط مرکزی را کاهش دهد.”

AI-GUIDE در آزمایشگاه جدید فناوری ادغام مجازی (VITL) آزمایشگاه لینکلن ساخته و آزمایش شده است. VITL به منظور ارائه قابلیت نمونه سازی تجهیزات پزشکی به آزمایشگاه ساخته شد.

لورا براتین، سرپرست پروژه AI-GUIDE می‌گوید: «چشم‌انداز ما این است که به سرعت نمونه اولیه دستگاه‌های پزشکی هوشمندی را تولید کنیم که هوش مصنوعی، حسگر – به ویژه اولتراسوند قابل حمل – و روباتیک مینیاتوری را برای رفع نیازهای حیاتی برآورده نشده برای مراقبت‌های نظامی و غیرنظامی یکپارچه کنند. و همچنین دارای سمت دانشمند مهمان در MGH است. “در همکاری نزدیک با همکاران بالینی خود، هدف ما توسعه قابلیت هایی است که می تواند به سرعت به محیط بالینی ترجمه شود. ما انتظار داریم که نقش VITL همچنان به رشد خود ادامه دهد.”

AutonomUS، یک شرکت استارت آپی که توسط مخترعین MGH AI-GUIDE تأسیس شده است، اخیراً گزینه ای را برای حقوق مالکیت معنوی دستگاه تضمین کرده است. AutonomUS فعالانه به دنبال سرمایه گذاران و شرکای استراتژیک است.

جانسون می‌گوید: «ما می‌بینیم که فناوری پلت‌فرم AI-GUIDE در سراسر سیستم مراقبت‌های بهداشتی فراگیر می‌شود، و امکان درمان سریع‌تر و دقیق‌تر توسط کاربران با طیف گسترده‌ای از تخصص را برای مداخلات اورژانسی پیش بیمارستانی و هدایت تصویر معمولی فراهم می‌کند. رویه ها.”

این داستان با حسن نیت از MIT News (web.mit.edu/newsoffice/)، یک سایت محبوب که اخبار مربوط به تحقیقات، نوآوری و آموزش MIT را پوشش می دهد، بازنشر شده است.