随着技術的進步，以達芬奇機器人為代表的手術機器人在手術室的應用越來越普遍。目前，手術機器人往往在醫生遠端操作下，或者是與醫生共同協作下完成手術。
近日，美國約翰斯·霍普金斯大學團隊研發的智慧軟組織自動機器人（Smart Tissue Autonomous Robot, STAR）首次自主完成了活體豬的腹腔鏡手術。
也就是說，這是機器人的“獨立操刀”進行的手術，醫生在手術過程中沒有幹預，僅在旁監督。如今的自主手術的完成，也是手術機器人自動化發展的一次進步。
圖 | STAR 可以在沒有人類幫助的情況下，對豬的軟組織進行腹腔鏡手術（來源：約翰斯·霍普金斯大學）
中原標準時間 1 月 27 日，相關論文以《自主機器人腹腔鏡腸吻合術》（Autonomous robotic laparoscopic surgery for intestinal anastomosis）為題發表在Science Robotics。
“研究結果表明，我們可以進行自動化手術中最複雜和微妙的任務之一：重新連接配接腸道的兩端（吻合術）。STAR 在四隻動物身上進行了手術，它的結果明顯優于人類進行的相同手術。”約翰斯·霍普金斯大學機械工程助理教授、該論文通訊作者阿克塞爾·克裡格（Axel Krieger）說。
圖 | 相關論文（來源：Science Robotics）
這種腸道吻合術由于要完成高水準的重複運動，是以對動作的控制和精準度方面都有較高的要求。即便對于外科醫生，縫合腸道兩端也是胃腸手術中難度不小的手術。因為任何輕微的誤差或者縫線時的失誤，都有導緻腸道洩露的風險，這對患者的健康是無形的隐患。
研究人員曾表示，“結直腸手術中近 20% 和腹部手術中 25% 至 30% 會發生接縫滲漏等并發症。”
在手術過程中如果遇到突發情況，醫生往往憑借其技術和經驗第一時間做出應對。而機器人雖然通過設定程式可對動物的軟組織進行精準、均勻的縫合，但是也有一定不确定性，當機器人遇到突發情況時，該如何應對？
對于這種擔憂該團隊也提前進行了預案，克裡格表示，“STAR 有一個新穎的控制系統，可以像人類外科醫生一樣實時調整手術計劃。并且，它是第一個在軟組織中規劃、調整和執行手術計劃且人工幹預最少的機器人系統。”
該機器人的核心技術是“三維内窺鏡和基于機器學習的跟蹤算法”，這對于 STAR 的安全性和效率等提供了保障。
圖 | 使用 STAR（n=4）和手動腹腔鏡控制（n=1）在豬中進行腸吻合術的資料對比（來源：Science Robotics）
該團隊還将 STAR 自主手術、外科醫生手術以及機器人輔助手術的相關結果進行了比較，對比資料包括縫合線咬合大小、完成時間、縫合間距、針放置校正、管腔通暢和洩漏壓力等。
盡管該系統需要手動微調機器人以在漏針時正确定位，但使用此工作流程自主完成了超過 83% 的縫合任務。結果顯示，STAR 的資料優于外科醫生手術以及機器人輔助手術。
圖 | 組織運動跟蹤（來源：Science Robotics）
2016 年，華盛頓特區國家兒童醫院與約翰斯·霍普金斯大學開始合作研發這個手術機器人項目，STAR 具有專用在軟組織縫合的視覺引導系統。目前的全自主手術成果，是基于此前模型的疊代，而在這之前，該機器人的自動化程度是 60%，也就是仍有 40% 需要醫生配合完成。
為實作精準和提升機器人的自主性，該團隊為 STAR 不斷優化新功能。為實作精準的手術區域可視化，他們采用了專業的縫合工具和高水準的成像系統。
圖 | 自主腹腔鏡軟組織手術（A）STAR 系統的組成部分，包括醫療機械臂、驅動手術工具以及雙通道 NIR 和 3D 結構光内窺鏡成像系統（B）STAR 增強型自主要制政策的控制架構（來源：Science Robotics）
克裡格說：“該機器人進行的軟組織縫合術是確定每位患者能以更高的準确性和精确度，執行需要高精度和可重複性的手術任務的一種方法，而與外科醫生的技能無關。”
機器人的自動化将使手術保持标準化操作流程，但這并不意味着手術機器人要替代醫生，而是減輕醫生的工作負擔，使他們可以将精力集中投入在更重要、更複雜的工作中。
據悉，該機器人對人體的驗證工作可能在五年内進行，但人們對此的接受程度如何仍需進一步探索。總的來說，STAR 這次對豬的腹腔鏡手術的自主成功完成，意味着機器人技術向人類的全自動手術又跨出關鍵的一步。
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參考：
1.H. Saedia et al.Science Robotics7,62（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/