機(jī)器人首次獨(dú)立完成腹腔鏡手術(shù)，準(zhǔn)確性高于外科醫(yī)生

近日，美國約翰斯·霍普金斯大學(xué)團(tuán)隊(duì)研發(fā)的智慧軟組織自動(dòng)機(jī)器人（Smart Tissue Autonomous Robot,  STAR）首次自主完成了活體豬的腹腔鏡手術(shù)。

也就是說，這是機(jī)器人的“獨(dú)立操刀”進(jìn)行的手術(shù)，醫(yī)生在手術(shù)過程中沒有干預(yù)，僅在旁監(jiān)督。如今的自主手術(shù)的完成，也是手術(shù)機(jī)器人自動(dòng)化發(fā)展的一次進(jìn)步。

北京時(shí)間 1 月 27 日，相關(guān)論文以《自主機(jī)器人腹腔鏡腸吻合術(shù)》（Autonomous robotic laparoscopic surgery for intestinal anastomosis）為題發(fā)表在 Science Robotics 。

“研究結(jié)果表明，我們可以進(jìn)行自動(dòng)化手術(shù)中最復(fù)雜和微妙的任務(wù)之一：重新連接腸道的兩端（吻合術(shù)）。STAR 在四只動(dòng)物身上進(jìn)行了手術(shù)，它的結(jié)果明顯優(yōu)于人類進(jìn)行的相同手術(shù)。”約翰斯·霍普金斯大學(xué)機(jī)械工程助理教授、該論文通訊作者阿克塞爾·克里格（Axel Krieger）說。

這種腸道吻合術(shù)由于要完成高水平的重復(fù)運(yùn)動(dòng)，因此對(duì)動(dòng)作的控制和精準(zhǔn)度方面都有較高的要求。即便對(duì)于外科醫(yī)生，縫合腸道兩端也是胃腸手術(shù)中難度不小的手術(shù)。因?yàn)槿魏屋p微的誤差或者縫線時(shí)的失誤，都有導(dǎo)致腸道泄露的風(fēng)險(xiǎn)，這對(duì)患者的健康是無形的隱患。

研究人員曾表示，“結(jié)直腸手術(shù)中近 20% 和腹部手術(shù)中 25% 至 30% 會(huì)發(fā)生接縫滲漏等并發(fā)癥?！?br />
在手術(shù)過程中如果遇到突發(fā)情況，醫(yī)生往往憑借其技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)第一時(shí)間做出應(yīng)對(duì)。而機(jī)器人雖然通過設(shè)定程序可對(duì)動(dòng)物的軟組織進(jìn)行精準(zhǔn)、均勻的縫合，但是也有一定不確定性，當(dāng)機(jī)器人遇到突發(fā)情況時(shí)，該如何應(yīng)對(duì)？

對(duì)于這種擔(dān)憂該團(tuán)隊(duì)也提前進(jìn)行了預(yù)案，克里格表示，“STAR 有一個(gè)新穎的控制系統(tǒng)，可以像人類外科醫(yī)生一樣實(shí)時(shí)調(diào)整手術(shù)計(jì)劃。并且，它是第一個(gè)在軟組織中規(guī)劃、調(diào)整和執(zhí)行手術(shù)計(jì)劃且人工干預(yù)最少的機(jī)器人系統(tǒng)。”

該機(jī)器人的核心技術(shù)是“三維內(nèi)窺鏡和基于機(jī)器學(xué)習(xí)的跟蹤算法”，這對(duì)于 STAR 的安全性和效率等提供了保障。

該團(tuán)隊(duì)還將 STAR 自主手術(shù)、外科醫(yī)生手術(shù)以及機(jī)器人輔助手術(shù)的相關(guān)結(jié)果進(jìn)行了比較，對(duì)比數(shù)據(jù)包括縫合線咬合大小、完成時(shí)間、縫合間距、針放置校正、管腔通暢和泄漏壓力等。

盡管該系統(tǒng)需要手動(dòng)微調(diào)機(jī)器人以在漏針時(shí)正確定位，但使用此工作流程自主完成了超過 83% 的縫合任務(wù)。結(jié)果顯示，STAR 的數(shù)據(jù)優(yōu)于外科醫(yī)生手術(shù)以及機(jī)器人輔助手術(shù)。

2016 年，華盛頓特區(qū)國家兒童醫(yī)院與約翰斯·霍普金斯大學(xué)開始合作研發(fā)這個(gè)手術(shù)機(jī)器人項(xiàng)目，STAR 具有專用在軟組織縫合的視覺引導(dǎo)系統(tǒng)。目前的全自主手術(shù)成果，是基于此前模型的迭代，而在這之前，該機(jī)器人的自動(dòng)化程度是 60%，也就是仍有 40% 需要醫(yī)生配合完成。

為實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)和提升機(jī)器人的自主性，該團(tuán)隊(duì)為 STAR 不斷優(yōu)化新功能。為實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的手術(shù)區(qū)域可視化，他們采用了專業(yè)的縫合工具和高水平的成像系統(tǒng)。

克里格說：“該機(jī)器人進(jìn)行的軟組織縫合術(shù)是確保每位患者能以更高的準(zhǔn)確性和精確度，執(zhí)行需要高精度和可重復(fù)性的手術(shù)任務(wù)的一種方法，而與外科醫(yī)生的技能無關(guān)。”

機(jī)器人的自動(dòng)化將使手術(shù)保持標(biāo)準(zhǔn)化操作流程，但這并不意味著手術(shù)機(jī)器人要替代醫(yī)生，而是減輕醫(yī)生的工作負(fù)擔(dān)，使他們可以將精力集中投入在更重要、更復(fù)雜的工作中。

據(jù)悉，該機(jī)器人對(duì)人體的驗(yàn)證工作可能在五年內(nèi)進(jìn)行，但人們對(duì)此的接受程度如何仍需進(jìn)一步探索?？偟膩碚f，STAR 這次對(duì)豬的腹腔鏡手術(shù)的自主成功完成，意味著機(jī)器人技術(shù)向人類的全自動(dòng)手術(shù)又跨出關(guān)鍵的一步。

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參考：
1.H. Saedia et al. Science Robotics 7,62（2022）.
DOI: 10.1126/scirobotics.abj2908
https://me.jhu.edu/news/robot-performs-first-laparoscopic-surgery-without-human-
https://medicalxpress.com/news/2016-05-scientists-robot-soft-tissue-surgery.html
help/https://www.newscientist.com/article/2305980-robot-performs-keyhole-surgery-on-pigs-with-little-help-from-doctors/