Los robots quirúrgicos y la IA: cuando ChatGPT llega al quirófano
La robótica quirúrgica ha experimentado una revolución silenciosa que pocos conocen. Si creías que la IA solo servía para generar textos o imágenes, prepárate: ahora también puede extirparte la vesícula. Y no, no es ciencia ficción de 2050, está ocurriendo ahora mismo.
La evolución de los robots quirúrgicos: del control humano a la autonomía
Intuitive Surgical cambió las reglas del juego a finales de los 90 cuando introdujo los robots DaVinci, unos dispositivos de teleoperación que permitían a cirujanos expertos operar a distancia. El médico controlaba los brazos robóticos basándose en lo que veía a través de las cámaras del robot, pero siempre era él quien tomaba las decisiones.
Ahora, investigadores de la Universidad John Hopkins han dado un paso que hace unos años habría parecido temerario: poner a una IA similar a ChatGPT al mando de un robot DaVinci y enseñarle a realizar una colecistectomía (extirpación de vesícula). Y lo más impresionante: lo ha conseguido con un 100% de éxito.
Del robot programado al robot que aprende
«La idea de poner a un ordenador al volante de un robot quirúrgico no es completamente nueva, pero hasta ahora dependían principalmente de acciones pre-programadas», explica Ji Woong Kim, investigador de robótica que lideró el estudio sobre cirugía autónoma. «El programa le decía exactamente al robot cómo moverse y qué hacer, como esos brazos robóticos Kuka que sueldan coches en las cadenas de montaje».
En 2022, un equipo liderado por Axel Krieger, profesor asistente de ingeniería mecánica en la Universidad John Hopkins, construyó STAR (Smart Tissue Autonomous Robot), que logró realizar con éxito una cirugía en un cerdo vivo. Pero incluso STAR necesitaba tejidos especialmente marcados y un plan predeterminado, aunque su IA podía hacer ajustes basados en las imágenes de las cámaras.
El nuevo sistema, llamado SRT-H (Surgical Robot Transformer), va mucho más allá. «Nuestro trabajo actual es mucho más flexible», dice Kim. «Es una IA que aprende de demostraciones».
Cómo funciona un robot quirúrgico con IA
El equipo de Kim realizó dos cambios fundamentales respecto a modelos anteriores:
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Hardware mejorado: En lugar de usar un robot personalizado como STAR, el nuevo trabajo se basó en el robot DaVinci, que se ha convertido en un estándar de facto en cirugías de teleoperación, con más de 10.000 unidades ya desplegadas en hospitales de todo el mundo.
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Software impulsado por transformers: El sistema utiliza dos modelos transformer (la misma arquitectura que impulsa ChatGPT):
- Un módulo de políticas de alto nivel: responsable de la planificación de tareas y de garantizar que el procedimiento se desarrolle sin problemas.
- Un módulo de bajo nivel: encargado de ejecutar las tareas emitidas por el módulo de alto nivel, traduciendo sus instrucciones en trayectorias específicas para los brazos robóticos.
Aprendizaje por imitación: así aprende a operar
El procedimiento elegido fue la colecistectomía, una extirpación de vesícula biliar que se realiza rutinariamente en hospitales estadounidenses (aproximadamente 700.000 veces al año). «El objetivo es eliminar los tubos que conectan la vesícula biliar con otros órganos sin que los fluidos internos se derramen», explicó Kim.
Para lograr esto, un cirujano debe colocar tres clips en el conducto cístico, cortarlo, y luego aplicar clips y cortar la arteria cística de manera similar. El equipo de Kim dividió este procedimiento en 17 pasos, consiguió numerosas muestras de vesícula biliar y hígado de cerdos para experimentar, y tuvo a un asistente de investigación capacitado que operaba un robot DaVinci, realizando el procedimiento una y otra vez para construir el conjunto de datos de entrenamiento.
Los algoritmos del SRT-H se entrenaron con más de 17 horas de video capturado desde el endoscopio DaVinci y cámaras instaladas en sus brazos robóticos. Estas imágenes se complementaron con datos de cinemática (los movimientos exactos realizados por los brazos robóticos) y anotaciones en lenguaje natural.
¿Qué puede hacer ahora mismo este robot quirúrgico?
A partir de estos datos, el robot de Kim aprendió a realizar una colecistectomía con una tasa de éxito del 100% cuando operaba en muestras con las que no había sido entrenado. También podía aceptar retroalimentación humana en lenguaje natural (consejos simples como «mueve tu brazo un poco a la izquierda» o «pon el clip un poco más arriba»), igual que un cirujano experimentado daría a un estudiante.
«Puedes tomar cualquier tipo de cirugía, no solo esta, entrenar al robot de la misma manera, y será capaz de realizar esa cirugía», asegura Kim. El SRT-H también demostró ser robusto ante diferencias anatómicas entre muestras, tejidos que se interponían en el camino e imágenes imperfectas. Incluso podía recuperarse de pequeños errores que cometía durante el proceso de entrenamiento. Comparado con un cirujano humano experto que realizaba el mismo procedimiento, el robot era igual de preciso, aunque un poco más lento.
El problema de los datos en cirugía robótica
Para pasar de operar en muestras de cadáveres de cerdo a cerdos vivos y, potencialmente, a humanos, robots como el SRT-H necesitan datos de entrenamiento extremadamente difíciles de obtener. Intuitive Surgical aparentemente no tiene problema en liberar los datos de video de los robots DaVinci, pero la empresa no publica los datos cinemáticos, que Kim dice son necesarios para entrenar los algoritmos.
«Conozco gente en la sede de Intuitive Surgical, y he estado hablando con ellos», dice Kim. «Les he estado rogando que nos den los datos. No aceptaron». Según Kim, la explicación que ofreció la dirección de Intuitive Surgical para restringir el acceso a los datos cinemáticos es que estaban preocupados por la competencia que pudiera realizar ingeniería inversa de la mecánica de su robot.
«Realmente es la alta dirección la que no está al día con la IA», argumenta Kim. «No se dan cuenta del potencial de estas cosas. Sus ingenieros, todos los científicos, quieren que los datos sean de código abierto. Es solo que su departamento legal es muy conservador».
El futuro de la cirugía robótica
Kim ya ve una forma de solucionar este problema: «Podemos comenzar acoplando sensores de seguimiento de movimiento a herramientas quirúrgicas manuales y obtener los datos cinemáticos de esta manera». Así, los movimientos de estas herramientas guiadas por las manos de cirujanos humanos expertos podrían ser recreados por brazos robóticos convencionales.
Y a partir de ahí, Kim cree que podemos ir aún más allá en el terreno de la ciencia ficción. «Actualmente estoy en Stanford, y estoy muy involucrado en un proyecto de robótica humanoide, construyendo un modelo de propósito general. Y una de las posibles aplicaciones está en el quirófano», dice.
Implicaciones para los detectores de IA y la seguridad
Este avance plantea preguntas importantes sobre cómo regulamos y supervisamos los sistemas de IA en entornos médicos.
