Roboter: Wissenschaftler erfinden einen mechanischen Arm, um Koloskopien in einem „weniger schmerzhaften“ Verfahren durchzuführen. 

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Ein Roboterarm mit KI-Antrieb kann “weniger schmerzhafte” Koloskopien durchführen, um auf Darmkrebs zu prüfen, indem ein Magnet verwendet wird, um eine Kamerasonde extern durch den Darm zu steuern.

Das System – von einem Team aus Leeds – könnte sich als das erste größere Update seit Jahrzehnten für das Verfahren erweisen, das in Großbritannien etwa 100.000 Mal pro Jahr angewendet wird.

Bei einer Koloskopie wird eine lange, dünne Sonde mit Kameraende durch das Rektum und den Dickdarm geführt, um nach Anomalien zu suchen und diese zu entfernen und Gewebeproben zu entnehmen.

Die Untersuchung kann für den Patienten unangenehm sein – und erfordert die Durchführung hochqualifizierter Ärzte, was die Verfügbarkeit des Verfahrens einschränkt.

Das künstlich intelligente System hilft jedoch weniger erfahrenen Ärzten und Krankenschwestern dabei, die Sonde sicher zu präzisen Stellen im Dickdarm zu führen.

Patientenversuche mit dem System könnten bereits im nächsten Jahr beginnen.

“Die Koloskopie gibt Ärzten ein Fenster in die Welt, die tief im menschlichen Körper verborgen ist, und spielt eine wichtige Rolle bei der Früherkennung von Krankheiten wie Darmkrebs”, sagte der Papierautor und Robotiker Pietro Valdastri von der Universität Leeds.

“Aber die Technologie ist seit Jahrzehnten relativ unverändert geblieben”, fügte er hinzu.

“Wir haben ein System entwickelt, das für Ärzte oder Krankenschwestern einfacher zu bedienen und für Patienten weniger schmerzhaft ist.”

“Es ist ein wichtiger Schritt auf dem Weg, die Koloskopie viel breiter verfügbar zu machen – unerlässlich, wenn Darmkrebs frühzeitig erkannt werden soll.”

Laut Professor Valdastri und seinen Kollegen soll das neue Verfahren einfacher zu verwalten sein, wodurch die Anzahl der Anbieter, die das Verfahren durchführen können, und damit der Zugang der Patienten zu Koloskopien erhöht wird.

Ein Arzt oder eine Krankenschwester müsste immer noch zur Hand sein, um klinische Entscheidungen zu treffen – aber die anspruchsvolle Aufgabe, die Sonde zu führen, würde auf das Robotersystem verlagert.

Der Aufbau verwendet immer noch eine endoskopische Sonde, wie bei herkömmlichen Koloskopien, aber die neue Version des Teams ist kleiner – und wird nach dem Einsetzen nicht von einem Arzt oder einer Krankenschwester geführt, die das Koloskop drückt, sondern von einem Magneten, der vom Roboter über den Patienten gehalten wird.

Während sich der Arm um den Patienten bewegt, manövriert er die Kapsel – die auch winzige Magnete enthält – mit.

Die Führung des Roboterarms kann manuell erfolgen – dies ist jedoch eine Technik, die wie die herkömmliche Durchführung einer Endoskopie schwer zu beherrschen ist.

Um dies zu beheben, entwickelten die Forscher drei verschiedene Ebenen der Roboterunterstützung – und bewerteten sie, um festzustellen, wie effektiv sie bei der Unterstützung eines nicht spezialisierten Personals bei der Durchführung eines Koloskopieverfahrens waren.

Zu den Unterstützungsstufen gehörte die direkte Robotersteuerung, bei der der Bediener den Roboter über einen Joystick direkt steuern kann – ohne Hilfe.

Bei der Unterstützungsstufe “Intelligente Teleoperation” konzentriert sich der Bediener darauf, wo sich die Kapsel im Dickdarm befinden soll, und lässt das Robotersystem die Bewegungen des Roboterarms berechnen, die erforderlich sind, um die Kapsel dorthin zu bringen.

Schließlich navigiert die KI im halbautonomen Navigationsmodus die Kapsel autonom durch den Doppelpunkt und verwendet dabei visuelles Feedback von der Kamera der Sonde – obwohl es vom Bediener bei Bedarf überschrieben werden kann.

Während einer Laborsimulation wurden zehn nicht fachkundige Mitarbeiter gebeten, die Sonde innerhalb von 20 Minuten zu einem bestimmten Punkt innerhalb eines Replikatkolons zu navigieren. Jeder Teilnehmer wiederholte die Aufgabe fünfmal mit jeder der drei verschiedenen Unterstützungsstufen.

Die Forscher stellten fest, dass die Bediener eine Erfolgsquote von 58 Prozent hatten, wenn sie den Roboterarm vollständig selbst kontrollierten – dies stieg jedoch durch intelligente Teleoperation auf 96 Prozent und durch halbautonome Navigation auf 100 Prozent.

In der nächsten Phase des Experiments wurden zwei Anfänger gebeten, ein herkömmliches Koloskop in den Dickdarm von zwei anästhesierten Schweinen zu navigieren – wobei ein Tierarzt anwesend war, um sicherzustellen, dass das Tier nicht verletzt wurde.

Die Teilnehmer wiederholten die Aufgabe dann unter Verwendung des magnetgesteuerten Robotersystems mit jeder unterschiedlichen Unterstützungsstufe.

Wie bei den Dummy-Doppelpunkten stellte das Team fest, dass es für Anfänger einfacher war, die Untersuchung durchzuführen, wenn sie die Roboterunterstützung erhielten.

‘Die Bedienung des Roboterarms ist eine Herausforderung. Es ist nicht sehr intuitiv und hat die Entwicklung magnetischer flexibler Koloskope gebremst “, sagte der Papierautor und Robotiker James Martin von der Leeds University.

“Aber wir haben zum ersten Mal gezeigt, dass es möglich ist, diese Funktion auf das Robotersystem zu verlagern”, fügte er hinzu.

Dies, erklärte er, lässt dem Bediener die Freiheit, “über die klinische Aufgabe nachzudenken, die er übernimmt – und es macht einen messbaren Unterschied in der menschlichen Leistung”.

Obwohl die Robotertechnik für die Durchführung von Koloskopieuntersuchungen entwickelt wurde, könnte der gleiche Ansatz möglicherweise für die Verwendung mit anderen endoskopischen Geräten angepasst werden – beispielsweise zur Inspektion der Lunge oder des oberen Verdauungstrakts.

‘Robotergestützte Koloskopie hat das Potenzial, die Art und Weise zu revolutionieren

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