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scenari

Robot in chirurgia, pro e contro dell’intelligenza artificiale

Dopo 20 anni dall’ingresso del primo robot in sala operatoria, sistema che è in grado di replicare i movimenti del chirurgo su scala ridotta per diminuire l’invasività dell’intervento, ora è il momento dell’ingresso dell’intelligenza artificiale, che permetterà al robot di diventare autonomo, o quasi, Tutte le implicazioni

14 Giu 2019

Francesco Calimeri

Università della Calabria

Elena De Momi

Politecnico di Milano


Anche la medicina è stata investita dalla quarta rivoluzione industriale, o Industria 4.0. Possiamo oggi trovare robot che si occupano di fisioterapia nei centri di riabilitazione, robot che assistono gli anziani e persino robot in sala operatoria. Sono situazioni ormai quasi familiari, eppure fino a poco tempo fa sembravano relegate a scene di film di fantascienza.

Sono tanti i modi in cui queste macchine riescono ad affiancare l’uomo in compiti sempre più complessi. Altrettanto importanti, le implicazioni etiche e sociali dell’ingresso dei robot in sala operatoria.

Un chirurgo robotico

Alcune specialità chirurgiche richiedono la rimozione, parziale o totale, di tessuti malati. Per operare in alcuni distretti anatomici è necessario riuscire a manovrare con precisione strumenti chirurgici in spazi piuttosto ridotti. È naturale, quindi, che la disponibilità di strumenti che aumentino la precisione della resezione chirurgica, minimizzando l’accesso chirurgico, e che consentano di rispettare od aumentare la sicurezza dell’intervento, trovi immediato riscontro nella pratica: infatti, i robot chirurgici sono ormai diventati uno strumento tecnologico d’elezione.

Consideriamo, ad esempio, la chirurgia del distretto pelvico: questo è uno dei casi in cui la destrezza di ogni singolo gesto è fondamentale. Poter comandare a distanza un braccio robotico inserito nell’addome del paziente attraverso una piccola incisione cutanea, garantendo la manovrabilità e la destrezza di un’articolazione terminale simile a quella del polso anatomico, consente non solo di svolgere l’intervento in modo sicuro garantendo la precisione richiesta, ma comporta anche altri vantaggi, quali la riduzione dell’invasività dell’intervento e minori rischi dovuti a distrazione o stanchezza dell’operatore umano.

Il robot da Vinci (Intuitive Surgical, CA, USA), entrato in sala operatoria circa 20 anni fa, è tele-operato: ciò significa che il chirurgo manovra due interfacce robotiche restando comodamente seduto in una postazione di comando, e può concentrarsi sulla scelta accurata dei movimenti da compiere: questi, espressi dalle sue mani, sono poi replicati da piccole e precisissime pinzette all’interno dell’addome del paziente.

Costi-benefici dei sistemi robotici

Nonostante il costo del sistema robotico e della sua manutenzione rischi di essere proibitivo per la maggior parte degli ospedali (il sistema da Vinci già citato costa più di 2 milioni di dollari), le analisi costi-benefici premiano il sistema robotico: esso comporta una migliore riuscita degli interventi, con minori tempi e costi di degenza ospedaliera e, soprattutto, migliori risultati clinici in termini di complicazioni operatorie e post-operatorie. Per questo motivo, negli Stati Uniti sono sempre più numerosi i pazienti che si rivolgono a strutture ospedaliere che possiedono un robot; questo è diventato pertanto un asset importante nel sistema sanitario americano rispetto ai rimborsi assicurativi.

Il mercato e i trend di sviluppo

Attualmente ci sono circa 3000 sistemi da Vinci installati negli Stati Uniti, e circa un migliaio in Europa. Questo rende Intuitive Surgical (CA, USA) l’azienda che, fino ad ora, ha detenuto il monopolio del ricco (e in notevole crescita: circa il 10% annuo!) mercato dei robot chirurgici.

È di poche settimane fa le notizia che J&J ha acquistato l’azienda americana Auris per 3.4 miliardi di dollari (fonte: Bloomberg), un’azienda che ha sviluppato e certificato un sistema per diagnosi e cura del tumore al polmone basato su una sorta di robot flessibile, e non a caso: quello del polmone è uno dei (pochi) distretti anatomici che non rientrano nel panorama dei possibili interventi effettuati con il sistema da Vinci.

Il mondo è piccolo: Fred Moll, il fondatore di Auris, era stato fondatore di Intuitive Surgical a metà degli anni novanta. E J&J aveva in precedenza acquistato anche Verb Surgical, connessa alla Alphabet Inc. di Google. C’è da aspettarsi che l’esperienza di Google si traduca nella realizzazione di sistemi robotici sempre più intelligenti ed autonomi.

I 5 livelli di autonomia della robotica chirurgica

In un articolo divenuto pietra miliare sull’autonomia nella robotica chirurgica, Yang e colleghi hanno definito 5 possibili livelli di autonomia, gli stessi delle automobili a guida autonoma. Nel caso della robotica chirurgica:

  • il livello 0 corrisponde ad un sistema tele-operato;
  • al livello 1 il robot fornisce assistenza, ma l’utilizzatore ha il controllo del sistema;
  • al livello 2 il robot svolge alcuni compiti in autonomia, supervisionato dall’utente;
  • al livello 3 il compito è svolto in autonomia, previa autorizzazione;
  • al livello 4 il robot agisce da “chirurgo specializzando”
  • al livello 5 abbiamo un vero e proprio chirurgo robot.

Gli scenari dell’AI in chirurgia

Per ovvi motivi di sicurezza, nel prossimo futuro, così come con le automobili, occorrerà garantire che l’attenzione dell’utente non venga diminuita dalla fiducia nella tecnologia, sì che sia sempre in grado di intervenire in caso di necessità. Mentre il livello 5 (completa autonomia) viene quindi lasciato per la fantascienza, il livello 4 può essere garantito grazie ad opportune applicazioni di informatica, ed in particolare grazie a sistemi di Intelligenza Artificiale (IA) che siano in grado di riconoscere automaticamente la scena chirurgica (la “situazione”) e di imparare, diventando quindi capaci di agire in modo sempre più autonomo.

Riconoscere la scena chirurgica significa interpretare le immagini della telecamera dell’endoscopio per riconoscere e distinguere correttamente gli strumenti (Figura) e l’anatomia del paziente, indipendentemente dalle condizioni di illuminazione o dalle possibili occlusioni di parte della scena. Questo è un tipo di applicazione simile a quello che vediamo sui nostri smartphone, quando vengono riconosciuti i volti; semplicemente, è un contesto decisamente più complesso.

La difficoltà nell’ottenere capacità di riconoscimento automatico sufficienti, tuttavia, ripaga ben oltre le aspettative immediate. Infatti, le tecnologie di IA sono in grado di “ragionare” su dati ben più ampi e di una natura che travalica i sensi umani, permettendo di “vedere” cose che noi non possiamo. Pur essendo un contesto molto differente, per farsi un’idea si pensi alla recente “fotografia” di un buco nero ottenuta tramite l’elaborazione di una quantità incredibilmente grande di dati che i nostri occhi non sono in grado di vedere.

La corretta visione, poi, apre le porte all’implementazione di tecniche che consentano alla macchina di “pensare” e progettare, oltre che di eseguire, le azioni più opportune. Ad esempio, giunti al momento della sutura, la macchina potrebbe individuare i punti più adatti nei tessuti, pianificare la successione delle micro-azioni di precisione necessarie, e quindi eseguirle in autonomia.

Figura. Un metodo di apprendimento automatico ci ha permesso di identificare le articolazioni degli strumenti chirurgici nel campo visivo attraverso l’elaborazione delle immagini endoscopiche.

Gli aspetti etici 

Quanto più “intelligenti” sono le applicazioni dell’Intelligenza Artificiale e della robotica, tanto più autonome diventano le applicazioni. Questo comporta, inevitabilmente, un aumento dello spazio per le decisioni da esse assunte per conto ed al posto degli esseri umani. A titolo di esempio, si pensi alla scelta di curare o meno un paziente, di concedere un mutuo ad un lavoratore, di assegnare una missione ad un soldato, di come e dove frenare, nel caso di un’auto a guida autonoma, in casi estremi che possono causare la salvezza o la morte di passeggeri e pedoni. Non è sorprendente, pertanto, che discutere di aspetti etici e legali sia cruciale tanto quanto preoccuparsi di rendere operative queste tecnologie. Chi ha la responsabilità di una decisione, in ultima analisi? Di chi è la colpa se “il robot” o “il computer” sbagliano?

La comunità europea ha istituito un gruppo di lavoro denominato “Intelligenza Artificiale Affidabile”  che in quesi giorni ha diffuso un documento contenente precise linee guida che declinano l’affidabilità su 7 pilastri fondamentali:

  • revisione da parte dell’utente: l’uomo deve sempre far parte dell’aspetto decisionale;
  • il sistema deve essere sicuro e tecnicamente solido, consentendo piani di contingenza in caso di errori;
  • è necessario consentire la privacy e l’integrità dei dati manipolati;
  • il sistema deve essere trasparente e in grado di comunicare la motivazione delle decisioni prese; 5) deve essere in grado di interpretare l’interesse degli utilizzatori;
  • deve avere uno scopo benefico verso la società e, infine,
  • minimizzare le possibili conseguenze negative delle decisioni.

A titolo di esempio, si pensi che il rispetto del primo “pilastro” avrebbe quasi certamente permesso di evitare recenti disastri aerei, in occasione dei quali il sistema di controllo non ha permesso ai piloti di prendere il comando del velivolo.

Le implicazioni dell’ingresso dei robot in sala operatoria

Anche se ancora siamo lontani dall’entrata di un robot completamente autonomo in sala operatoria, è indubbio che, così come nel caso delle auto a guida autonoma, la direzione della ricerca sia quella, spinta e supportata anche dall’industria. Se questo è lo scenario, la prima domanda che ci si pone, subito dopo aver pensato ad implicazioni etiche, riguarda il ruolo che avranno gli esseri umani man mano che gli “spazi” saranno occupati dalle macchine.

Ad esempio: avere un robot totalmente autonomo in sala operatoria farà perdere posti di lavoro? La figura del chirurgo umano diventerà superflua?

Rispondere a queste domande è apparentemente difficile, ma possiamo, per il momento, restare piuttosto tranquilli. Così come in campo industriale, sarà sempre necessario avere le competenze per progettare, programmare, revisionare, aggiornare i robot e le macchine in generale.

Inoltre, in casi chirurgici di improvvise e inaspettate complicanze, ci dovrà sempre essere una persona addestrata che possa prendere il posto del robot (così come adesso si ricorre alla chirurgia tradizionale al posto della chirurgia mininvasiva, se necessario). Ci sarà dunque una trasformazione di competenze, così come è stato con le precedenti rivoluzioni industriali; anzi, di più: fino ad oggi, le tecnologie dell’informazione in generale, e l’IA in particolare, hanno creato più posti di lavoro di quanti ne abbiano eliminati; e i nuovi lavori per gli esseri umani sono meno logoranti dal punto di vista fisico, più interessanti e anche meglio remunerati.

Due aspetti critici

Tutto bene, quindi? Naturalmente, no. Senza dubbio, i vantaggi e le prospettive di cui abbiamo parlato superano di gran lunga le preoccupazioni ed i pericoli. Tuttavia, questi ultimi non sono annullati, e come esseri umani abbiamo imparato che, in presenza di un rischio, è necessario prepararsi adeguatamente. In particolare, è bene porre l’attenzione su due aspetti.

Il primo riguarda la qualità e la sicurezza degli strumenti che produrremo; a tal fine, è necessario che il buon senso e i governi garantiscano gli interessi della collettività (si pensi alle citate norme della Comunità Europea).

Il secondo riguarda il rischio di cambiamenti distruttivi nel tessuto produttivo e sociale globale, dovuto ad una rivoluzione industriale che è molto diversa da quelle precedenti: è pur vero che l’innovazione distrugge vecchi lavori e ne crea di nuovi; stavolta, però, per accedervi sono necessarie competenze che non si acquisiscono in poco tempo e richiedono prerequisiti non banali: è quindi importante programmare adeguatamente un cambiamento del sistema educativo, a tutti i livelli, in modo da avere una generazione di cittadini in grado di gestire le sfide che ci attendono.

Gli uomini si trovano sempre davanti alla necessità di gestire eventi “esterni” e, in generale, a cambiamenti: li si può subire, oppure si può provare ad affrontarli, e magari a governarli. La comunità scientifica può “guidare” l’industria, e così anche la società. Il confronto aperto è la via maestra, e tutta l’umanità deve partecipare. In fondo, per quanto conti lo strumento, la differenza la fa il modo in cui questo viene utilizzato.

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