ROBOT HỌC PHẪU THUẬT QUA VIDEO: KỸ NĂNG NGANG VỚI BÁC SĨ CON NGƯỜI

Robot phẫu thuật đã đạt đến một cột mốc quan trọng khi có thể thực hiện các quy trình y khoa với kỹ năng và độ chính xác ngang bằng bác sĩ con người. Thành tựu này là kết quả của việc áp dụng công nghệ học bắt chước – một phương pháp tiên tiến sử dụng dữ liệu video của các bác sĩ phẫu thuật dày dạn kinh nghiệm để “dạy” robot thực hiện nhiệm vụ. Hãy cùng khám phá robot học phẫu thuật qua video trong bài viết dưới đây! 

1. Robot học phẫu thuật qua video - Đột phá trong đào tạo robot y tế

Các nhà nghiên cứu tại Đại học Johns Hopkins đã sử dụng phương pháp học bắt chước (imitation learning) để đào tạo robot phẫu thuật thực hiện các nhiệm vụ y khoa mà trước đây chỉ con người có thể đảm nhận.

Nhóm nghiên cứu từ Đại học Johns Hopkins đã trình bày thành tựu này tại Hội nghị Robot Learning ở Munich, một trong những sự kiện hàng đầu về robot và học máy. Theo Axel Krieger - trợ lý giáo sư tại Khoa Kỹ thuật Cơ khí, Đại học Johns Hopkins:
"Thật kỳ diệu khi chúng tôi có được mô hình này, tất cả những gì chúng tôi cần làm là cung cấp đầu vào từ camera, và nó có thể dự đoán chính xác các chuyển động của robot cần thiết cho phẫu thuật. Chúng tôi tin rằng đây là một bước tiến quan trọng mở ra một chân trời mới trong lĩnh vực robot y tế." 

Nhóm nghiên cứu đã sử dụng phương pháp học bắt chước để đào tạo robot phẫu thuật có tên là da Vinci Surgical System thực hiện ba nhiệm vụ cơ bản trong phẫu thuật: điều khiển kim, nâng mô cơ thể và khâu vết thương. 

Trong mỗi trường hợp, robot được đào tạo theo mô hình của nhóm nghiên cứu có thể thực hiện các nhiệm vụ với độ chính xác ngang bằng bác sĩ con người. Đáng chú ý, robot còn có khả năng tự thích ứng. Ví dụ, nếu kim bị rơi, robot sẽ tự động nhặt lên và tiếp tục, điều mà nhóm nghiên cứu không hề lập trình trước đó.

Mô hình mà các nhà khoa học sử dụng để đào tạo robot phẫu thuật là sự kết hợp giữa phương pháp học bắt chước và kiến trúc học máy tương tự như ChatGPT. Tuy nhiên, trong khi ChatGPT làm việc với từ ngữ và văn bản thì mô hình này sử dụng "ngôn ngữ robot" (kinematics) - một loại ngôn ngữ chuyển đổi các góc độ chuyển động của robot thành các phép toán học.

Robot được đào tạo bằng cách xem hàng trăm video ghi lại các ca phẫu thuật từ góc nhìn của camera gắn trên cánh tay của nó. Những video này, được thực hiện bởi các bác sĩ phẫu thuật trên toàn thế giới. Nhờ phương pháp học bắt chước, robot không chỉ học theo các thao tác của bác sĩ mà còn phát triển khả năng tự điều chỉnh khi xảy ra lỗi. Điều này giúp giảm thiểu sai sót và tăng cường độ chính xác trong quá trình thực hiện các quy trình phẫu thuật. 

2. Khắc phục hạn chế: Từ “tuyệt đối” đến “tương đối”

Mặc dù hiện tại hệ thống da Vinci đã được sử dụng rộng rãi trên toàn cầu, các chuyên gia đánh giá rằng nó thường thiếu chính xác trong các thao tác phẫu thuật. Điều này chủ yếu xuất phát từ việc robot dựa trên hành động tuyệt đối – tức các chuyển động được lập trình cứng nhắc mà không tính đến sự biến đổi thực tế.

Nhóm nghiên cứu đã giải quyết vấn đề này bằng cách huấn luyện robot theo chuyển động tương đối, tức là robot học cách điều chỉnh linh hoạt theo môi trường thực tế thay vì tuân theo lệnh tuyệt đối. Phương pháp này không chỉ tăng độ chính xác mà còn giảm thiểu sai sót y khoa, giúp robot thực hiện nhiệm vụ một cách mượt mà hơn.

Ji Woong "Brian" Kim - nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại Đại học Johns Hopkins chia sẻ: "Tất cả những gì chúng tôi cần là đầu vào từ hình ảnh, và hệ thống AI này sẽ tự động xác định hành động phù hợp. Chúng tôi nhận thấy rằng chỉ với vài trăm lần thực hành, mô hình này có thể học được quy trình và áp dụng vào các môi trường mới mà nó chưa từng gặp trước đó."

Tác giả Krieger bổ sung thêm rằng: "Mô hình này học rất tốt những điều mà chúng tôi chưa từng dạy nó. Chẳng hạn, nếu làm rơi kim, robot sẽ tự động nhặt lên và tiếp tục thực hiện phẫu thuật. Đây không phải là điều mà chúng tôi tôi đã lập trình cho nó."

3. Bước tiến đến kỷ nguyên phẫu thuật tự động 

Hiện tại, nhóm nghiên cứu từ Đại học Johns Hopkins đang áp dụng phương pháp học bắt chước để huấn luyện robot thực hiện không chỉ các nhiệm vụ nhỏ mà còn cả một ca phẫu thuật hoàn chỉnh.

Trước khi có bước đột phá này, việc lập trình robot để thực hiện ngay cả một phần nhỏ trong phẫu thuật đòi hỏi phải mã hóa thủ công từng bước. Theo tác giả Krieger, việc lập trình để robot thực hiện khâu vết thương có thể mất đến cả thập kỷ. Quá trình này vừa mất thời gian, vừa tốn kém nhân lực và nguồn lực.

Trong khi đó, phương pháp học bắt chước cho phép robot học hỏi từ dữ liệu video. Điều này không chỉ rút ngắn thời gian đào tạo mà còn cải thiện khả năng tự thích ứng của robot.

Krieger nhận xét. "Điểm mới ở đây là chúng tôi chỉ cần thu thập dữ liệu học bắt chước từ các quy trình khác nhau và robot có thể được đào tạo để học chúng trong vài ngày. Điều này giúp chúng tôi đẩy nhanh tiến độ đạt đến sự tự chủ trong phẫu thuật, đồng thời giảm thiểu sai sót y khoa và nâng cao độ chính xác của các ca phẫu thuật."

4. Liệu robot phẫu thuật có thể thay thế bác sĩ con người?

Các nhà nghiên cứu tại JHU đang không ngừng phát triển công nghệ để robot có thể thực hiện các quy trình phẫu thuật toàn diện. Mặc dù phẫu thuật tự động hoàn toàn vẫn là một mục tiêu xa vời, những tiến bộ hiện tại đang góp phần cải thiện đáng kể mức độ an toàn và chính xác trong phẫu thuật. Với sự phát triển vượt bậc của AI và học máy, các ca phẫu thuật phức tạp có thể sớm trở nên khả thi hơn và dễ tiếp cận hơn cho nhiều bệnh nhân trên toàn thế giới.

Sự phát triển của công nghệ robot phẫu thuật mang lại nhiều lợi ích vượt trội nhưng cũng làm dấy lên một câu hỏi: Robot sẽ thay thế bác sĩ phẫu thuật trong tương lai?

Theo Krieger, mối quan hệ giữa con người và robot trong y học sẽ là sự cộng sinh và hỗ trợ lẫn nhau. Phẫu thuật bằng robot không nhằm mục đích thay thế bác sĩ mà là công cụ hỗ trợ đắc lực, giúp các bác sĩ thực hiện các nhiệm vụ phức tạp, đòi hỏi độ chính xác cao và nhanh chóng hơn.

Vai trò không thể thay thế của bác sĩ phẫu thuật

Mặc dù công nghệ robot đang ngày càng tiên tiến, nhưng bản chất của phẫu thuật vẫn yêu cầu sự tham gia trực tiếp của con người ở nhiều khía cạnh:

• Phán đoán y khoa: Robot chỉ thực hiện theo các mô hình đã học và dữ liệu được cung cấp. Trong những tình huống phức tạp hoặc khi có biến chứng không lường trước, bác sĩ là người đưa ra các quyết định dựa trên kinh nghiệm, trực giác và hiểu biết toàn diện về bệnh lý.
• Giao tiếp với bệnh nhân: Robot không thể thay thế vai trò của bác sĩ trong việc tương tác, tư vấn và giải thích với bệnh nhân. Sự đồng cảm và khả năng xây dựng niềm tin là yếu tố quan trọng trong y học, mà robot chưa thể làm được.
• Quản lý quy trình: Mỗi ca phẫu thuật là một sự phối hợp phức tạp giữa nhiều chuyên gia, và bác sĩ là người đóng vai trò trung tâm trong việc điều phối toàn bộ quy trình.

Robot là công cụ hỗ trợ đắc lực cho bác sĩ

Robot không được thiết kế để thay thế bác sĩ mà nhằm hỗ trợ họ thực hiện những nhiệm vụ khó khăn và đòi hỏi độ chính xác cao hơn. Điều này có thể được phân tích qua các lợi ích sau:

• Tăng cường độ chính xác: Robot có khả năng thực hiện các chuyển động vi mô với độ chính xác tuyệt đối mà con người khó đạt được, đặc biệt trong các ca phẫu thuật tinh vi như thần kinh hoặc tim mạch.
• Giảm tải công việc: Robot có thể tự động hóa các nhiệm vụ lặp lại hoặc đòi hỏi sự tập trung cao trong thời gian dài, giúp bác sĩ giảm áp lực và tập trung vào các quyết định quan trọng hơn.
• Giảm thiểu sai sót: Với khả năng xử lý dữ liệu nhanh chóng và mô phỏng các kịch bản phẫu thuật, robot giúp giảm thiểu rủi ro sai sót, đặc biệt trong các ca phẫu thuật phức tạp.

Robot học phẫu thuật qua video là một bước tiến đột phá trong y học. Tương lai của y học không chỉ nằm ở sự tiên tiến của công nghệ mà còn ở sự kết hợp hài hòa giữa con người và máy móc. Điều này không chỉ giúp cải thiện hiệu quả y tế mà còn khẳng định giá trị cốt lõi của ngành y, đó là lấy bệnh nhân làm trung tâm và mang lại những giải pháp an toàn, nhân văn và tiên tiến hơn.