Robot hiện nay có thể học cách thực hiện phẫu thuật chỉ bằng việc theo dõi các video hướng dẫn

Trong nhiều thập kỷ qua, các bác sĩ đã phải dành nhiều năm học hỏi và luyện tập để nắm vững kỹ thuật phẫu thuật, tinh luyện từng động tác để đảm bảo an toàn cho bệnh nhân. Tuy nhiên, với sự trợ giúp của trí tuệ nhân tạo (AI) hiện đại, robot giờ đây có thể học thực hiện phẫu thuật chỉ qua việc quan sát các video, mở ra một tương lai đầy hứa hẹn cho ngành phẫu thuật tự động.

Các nhà nghiên cứu tại Đại học Johns Hopkins (JHU) và Đại học Stanford vừa tạo ra một bước đột phá trong lĩnh vực phẫu thuật robot. Họ đã dạy cho hệ thống robot “Hệ thống phẫu thuật da Vinci” thực hiện các ca phẫu thuật qua việc học từ video. Da Vinci là một hệ thống robot hiện đại, được điều khiển từ xa bởi bác sĩ để thực hiện các thao tác phẫu thuật chính xác như mổ, cắt, khâu, hút máu. Hệ thống này có chi phí rất cao, lên tới hơn 2 triệu đô la, chưa tính chi phí phụ kiện và đào tạo.

Tuy nhiên, nghiên cứu của JHU đã chứng minh tiềm năng to lớn của phương pháp học bắt chước (imitation learning), một kỹ thuật học máy tiên tiến. Nhờ phương pháp này, robot có thể tự học cách thực hiện các ca phẫu thuật bằng cách quan sát video của các ca mổ mẫu.

Thông qua phương pháp học bắt chước, nhóm nghiên cứu đã giúp Hệ thống phẫu thuật da Vinci thực hiện thành công ba nhiệm vụ phẫu thuật tiêu biểu: xử lý kim, nâng mô cơ thể và khâu vết thương. Đặc biệt, robot không chỉ thực hiện các công việc này với độ chính xác cao mà còn có khả năng tự điều chỉnh lỗi trong quá trình phẫu thuật.

Axel Krieger, trợ lý giáo sư tại JHU và là một trong những tác giả của nghiên cứu, cho biết hệ thống robot có thể tự động nhặt kim khi vô tình làm rơi, một thao tác mà nhóm chưa lập trình. Đây là một bước tiến lớn, vì trước đây, các hệ thống robot thường cần đến sự can thiệp của con người khi gặp phải sự cố.

Để điều khiển Hệ thống phẫu thuật da Vinci, nhóm nghiên cứu đã áp dụng một mô hình AI tiên tiến, tương tự như các chatbot như . Tuy nhiên, thay vì xử lý văn bản, hệ thống này làm việc với thông tin động học, một ngôn ngữ đặc biệt dùng để mô tả chuyển động. Ngôn ngữ này, với những phép toán phức tạp như số liệu và phương trình, giúp mô phỏng và điều khiển chuyển động chính xác của cánh tay robot trong quá trình phẫu thuật.

Hệ thống được đào tạo qua hàng trăm video phẫu thuật, ghi lại từ góc nhìn của camera gắn trên cánh tay robot. Với phương pháp học bắt chước, robot có thể tái tạo các thao tác của bác sĩ và thậm chí phát triển khả năng tự điều chỉnh khi gặp sự cố. Khả năng này giúp giảm thiểu sai sót và nâng cao độ chính xác trong suốt quá trình mổ xẻ.

Krieger và nhóm nghiên cứu của ông kỳ vọng phương pháp này có thể huấn luyện robot thực hiện bất kỳ loại phẫu thuật nào với tốc độ và hiệu quả cao hơn rất nhiều so với phương pháp lập trình thủ công từng bước truyền thống. Thay vì dành nhiều năm để lập trình từng thao tác, hệ thống AI có thể học nhanh chóng thông qua dữ liệu video, giúp đạt được mục tiêu phẫu thuật tự động sớm hơn dự kiến.

Krieger chia sẻ: "Điều đặc biệt là chúng tôi chỉ cần thu thập dữ liệu từ các quy trình phẫu thuật khác nhau, và có thể huấn luyện robot chỉ trong vài ngày. Điều này giúp chúng tôi tiến gần hơn tới mục tiêu tự động hóa phẫu thuật, giảm thiểu sai sót y tế và cải thiện độ chính xác."

Mặc dù đã đạt được nhiều thành tựu đáng kinh ngạc, phẫu thuật tự động vẫn đối mặt với nhiều thử thách. Hiện tại, một số hệ thống robot hỗ trợ phẫu thuật tiên tiến, như CorPath của Corindus, đã được sử dụng trong các ca phẫu thuật tim mạch phức tạp. Tuy nhiên, những hệ thống này vẫn còn bị hạn chế trong một số giai đoạn của quy trình phẫu thuật.

Krieger cho rằng việc lập trình từng bước trong phẫu thuật cho một robot là quá trình rất phức tạp và mất nhiều thời gian. Ông chia sẻ: "Một người bình thường có thể phải mất tới một thập kỷ chỉ để mô phỏng quá trình khâu vết thương cho một phẫu thuật đơn giản." Chính vì thế, việc phát triển một hệ thống có thể học qua quan sát là một bước đột phá quan trọng.

Vào năm 2022, nhóm nghiên cứu của Krieger đã cho ra đời hệ thống robot tự động mang tên Smart Tissue Autonomous Robot (STAR), có thể tự khâu mô ruột phức tạp của lợn mà không cần sự hỗ trợ của con người. STAR sử dụng camera 3D và thuật toán học máy để hoàn thành các nhiệm vụ phẫu thuật phức tạp này.

Nhóm nghiên cứu tại JHU vẫn đang tiếp tục cải tiến robot để có thể thực hiện các ca phẫu thuật toàn diện. Dù phẫu thuật hoàn toàn tự động còn rất xa vời, nhưng những tiến bộ này sẽ góp phần quan trọng vào việc nâng cao sự an toàn và chính xác trong phẫu thuật. Với sự phát triển của AI và học máy, các ca phẫu thuật phức tạp sẽ ngày càng dễ tiếp cận hơn với bệnh nhân trên toàn thế giới.

Tuy nhiên, điều này cũng khiến chúng ta đặt ra câu hỏi về tương lai của bác sĩ phẫu thuật. Liệu các robot có thể thay thế hoàn toàn con người trong phòng mổ? Krieger tin rằng con người và robot sẽ cùng nhau tồn tại, hỗ trợ nhau trong y học. Phẫu thuật robot không phải là sự thay thế mà là sự hỗ trợ, giúp bác sĩ thực hiện các nhiệm vụ khó khăn, chính xác và nhanh chóng hơn.