Sztuczna inteligencja wesprze kardiochirurgów podczas robotycznych operacji bypassów

Robotycznie wspomagana, małoinwazyjna operacja pomostowania aortalno-wieńcowego może stać się bezpieczniejsza dzięki systemowi łączącemu sztuczną inteligencję i rozszerzoną rzeczywistość. Projekt rozwijany w Deutsches Herzzentrum der Charité ma wspierać kardiochirurgów podczas jednego z najdelikatniejszych etapów zabiegu: preparowania lewej tętnicy piersiowej wewnętrznej.

W artykule:

• Dlaczego u części pacjentów z chorobą wieńcową konieczna jest operacja bypassów
• Na czym polega małoinwazyjna kardiochirurgia robotyczna
• Jak system LIM-AR ma wspierać kardiochirurga podczas zabiegu
• Dlaczego lewa tętnica piersiowa wewnętrzna jest tak ważna w pomostowaniu wieńcowym
• Jak sztuczna inteligencja i rozszerzona rzeczywistość mogą zmniejszać ryzyko uszkodzenia naczynia
• Ile zabiegów PCI i operacji bypassów wykonuje się w Niemczech

Robotycznie wspomagana operacja bypassów metodą „dziurki od klucza”: sztuczna inteligencja ma ją uprościć i zwiększyć bezpieczeństwo

Projekt inteligentnego systemu asystującego do robotycznie wspomaganych, małoinwazyjnych operacji pomostowania aortalno-wieńcowego, rozwijany w Deutsches Herzzentrum der Charité, został wyróżniony prestiżowym dofinansowaniem Dr. Rusche-Projektförderung przyznawanym przez Deutsche Stiftung für Herzforschung.

W chorobie niedokrwiennej serca, określanej także jako choroba wieńcowa, dochodzi do zwężenia naczyń krwionośnych przez blaszki miażdżycowe zbudowane między innymi z cholesterolu, złogów wapnia, komórek zapalnych i tkanki łącznej. Gdy proces ten obejmuje tętnice wieńcowe, mięsień sercowy nie jest prawidłowo zaopatrywany w krew.

U części chorych przepływ krwi w niedokrwionym obszarze mięśnia sercowego można poprawić lub przywrócić za pomocą technik przezcewnikowych, czyli przezskórnej interwencji wieńcowej, określanej skrótem PCI. W takim postępowaniu istotne zwężenia naczyń są poszerzane balonem, a następnie utrzymywane w świetle naczynia za pomocą stentu, czyli metalowego rusztowania.

U pacjentów ze złożoną wielonaczyniową chorobą wieńcową albo ze zwężeniem pnia lewej tętnicy wieńcowej operacja pomostowania aortalno-wieńcowego nadal pozostaje jednak metodą z wyboru. Podczas takiego zabiegu chirurg tworzy obejście, czyli bypass, omijające zwężony odcinek naczynia.

„W chirurgii pomostowania aortalno-wieńcowego dokonał się duży postęp dzięki nowoczesnym technikom, które sprawiają, że zabieg jest mniej inwazyjny, pozwalają uniknąć otwierania mostka i dzięki temu są mniej obciążające dla pacjentów” – wyjaśnia dr Julius Kaemmel, kardiochirurg w trakcie specjalizacji z Klinik für Herz-, Thorax- und Gefäßchirurgie w Deutsches Herzzentrum der Charité w Berlinie.

W wyspecjalizowanych ośrodkach, takich jak DHZC, tego typu procedury małoinwazyjne, znane również jako technika „dziurki od klucza”, są coraz częściej wykonywane przy wsparciu złożonych, wieloramiennych robotów chirurgicznych. Jednocześnie obsługa tych zaawansowanych technologii wymaga od młodych kardiochirurgów opanowania nowych umiejętności.

System LIM-AR ma wspierać kardiochirurga podczas trudnego etapu operacji

Właśnie na tym etapie koncentruje się projekt dr. Kaemmela. W ramach projektu badawczego „LIM-AR” rozwija on inteligentny system asystujący do robotycznie wspomaganych, małoinwazyjnych operacji pomostowania aortalno-wieńcowego. Deutsche Stiftung für Herzforschung wyróżniła go w tym roku dofinansowaniem Dr. Rusche-Projektförderung i wspiera projekt kwotą niemal 60 tys. euro.

„Celem jest zwiększenie precyzji, bezpieczeństwa i oszczędzającego charakteru małoinwazyjnych operacji serca u pacjentów” – podkreśla prof. dr Armin Welz, kardiochirurg i przewodniczący Wissenschaftlicher Beirat DSHF. Wyróżnienie projektu dr. Kaemmela zostało wręczone podczas dorocznego kongresu Deutsche Gesellschaft für Thorax-, Herz- und Gefäßchirurgie w Kolonii.

Nowy system asystujący ma ułatwić i uczynić bezpieczniejszym szczególnie złożony etap małoinwazyjnej operacji bypassów. Do omijania zwężeń w tętnicach wieńcowych najchętniej wykorzystuje się własne tętnice pacjenta, ponieważ pozwalają one uzyskiwać najlepsze wyniki rokownicze.

„Lewa tętnica piersiowa wewnętrzna jest z reguły najlepiej przystosowana do przywracania przepływu krwi w sercu” – wyjaśnia dr Kaemmel. „Podczas jej preparowania nie wolno jej jednak w żadnym wypadku uszkodzić”. Aby zwiększyć bezpieczeństwo tego etapu, badacz chce zastosować wizualny system informacji zwrotnej łączący rozszerzoną rzeczywistość, czyli AR, oraz sztuczną inteligencję.

Inteligentny system ma ostrzegać przed ryzykiem uszkodzenia naczynia

Podczas robotycznie wspomaganej operacji pomostowania aortalno-wieńcowego operator steruje precyzyjnymi ramionami systemu robotycznego umieszczonymi przy stole operacyjnym z poziomu specjalnej konsoli. Orientację w polu operacyjnym zapewnia wysokorozdzielcza kamera trójwymiarowa, która przekazuje obraz z wnętrza ciała i dokładnie pokazuje położenie tętnicy.

W ramach projektu „LIM-AR” obraz kamery z pola operacyjnego zostanie połączony z wirtualnym interfejsem użytkownika, czyli z elementami rozszerzonej rzeczywistości. System będzie monitorował interakcję między narzędziami znajdującymi się na ramionach robota a tętnicą piersiową wewnętrzną na podstawie trójwymiarowych danych w czasie rzeczywistym.

Jeżeli system rozpozna zagrożenie uszkodzeniem naczynia przeznaczonego do wykonania pomostu albo wykryje ograniczenie funkcji, na przykład z powodu zabrudzenia soczewki kamery, uruchomi ostrzeżenie akustyczne i wizualne.

System informacji zwrotnej oparty na sztucznej inteligencji będzie trenowany i walidowany na podstawie endoskopowych danych obrazowych. Opracowanie i trening oprogramowania do rozpoznawania obrazu oraz jego walidacja będą prowadzone wspólnie z naukowcami z Institut für kardiovaskuläre Computer-assistierte Medizin przy Charité – Universitätsmedizin Berlin. Zakończenie prac planowane jest za około dwa lata.

Robotycznie wspomagane bypassy mogą skracać rekonwalescencję

„Ostatecznie celem jest dalsza poprawa skuteczności proceduralnej robotycznie wspomaganych operacji pomostowania aortalno-wieńcowego, a tym samym poprawa wyniku leczenia i rokowania pacjentów poddawanych takiej terapii” – wyjaśnia prof. dr Jörg Kempfert, kierujący zespołem kardiochirurgicznym w DHZC, do którego należy dr Kaemmel.

Deutsches Herzzentrum der Charité wykonuje obecnie około 100 robotycznie wspomaganych operacji pomostowania aortalno-wieńcowego rocznie. „Pacjentki i pacjenci korzystają przy tym z procedury o niewielkim nasileniu bólu, umożliwiającej szybką rekonwalescencję i krótszy pobyt w szpitalu” – podkreśla prof. Kempfert.

Dane dotyczące PCI i operacji bypassów

Według szacunków ekspertów w 2023 roku w Niemczech wykonano ponad 353 tys. procedur PCI oraz około 37 tys. operacji pomostowania aortalno-wieńcowego, łącznie z zabiegami skojarzonymi. Dane dotyczące PCI pochodzą z InEK, natomiast dane dotyczące operacji bypassów z DGTHG oraz Deutscher Herzbericht – Update 2025.

Projekt LIM-AR, czyli An Augmented Reality Feedback System for Safe Harvesting of the Left Internal Mammary Artery in Robotic Coronary Artery Bypass Surgery, ma wspierać bezpieczne pobieranie lewej tętnicy piersiowej wewnętrznej podczas robotycznej operacji pomostowania aortalno-wieńcowego.

Źródło: Deutsche Herzstiftung e.V., Roboter-assistierte Bypass-OP per Schlüsselloch-Technik: KI soll sie einfacher und sicherer machen.