新智元報道
編輯：桃子 拉燕
【新智元導讀】近日，美國約翰斯·霍普金斯大學的研究人員設計了一個智能組織自主機器人STAR。在沒有人類指導的情況下，機器人成功對豬的軟組織進行了腹腔鏡手術，比人類醫生更快準狠。
近日，美國約翰斯·霍普金斯大學的研究人員設計了一個智能組織自主機器人STAR。
在沒有人類指導的情況下，機器人STAR成功對豬的軟組織進行了腹腔鏡手術，又稱鎖眼手術（keyhole surgery）。
目前，該研究已在Science子刊發表。
論文位址：https://www.science.org/doi/10.1126/scirobotics.abj2908
這個機器人在豬的身上執行手術，意味着離人體實驗就不遠了。研究人員稱，這是向人體試驗邁出的重要一步。
83%縫合，STAR全搞定
其實，少數手術早已實作了自動化，然而這些機器人往往在執行硬組織相關的手術熟練有度，比如骨科手術。
那如果讓它們自主去執行軟組織等手術，那就有可能拿捏不住了。
即使對于人類醫生來說，腹腔鏡手術也是一個挑戰，比如，在胃部不做大切口的情況下重新連接配接腸道。
為此，約翰·霍普金斯大學的Justin Opferman和他的同僚們設計的智能組織機器人在有限的人工幹預下，切除一段腸子後将其成功連接配接。
手術中，這個機器人給4頭豬做了手術，總共縫了86針。
其中，手術三分之二的時間，機器人會自動縫合，而其餘的三分之一，在嘗試縫合之前，機器人需要醫生去引導到位。
據介紹，83%的縫合任務，都是使用該工作流程自主完成，不過該系統也需要手動進行調整以糾正漏針的位置。
結果顯示，STAR機器人做的手術明顯優于人類做的手術。
其實，早在2016年，同一組科學家就給這個機器人寫了個程式，讓機器人給豬做手術。他們讓機器人執行了将豬的腸子拉出體外，然後再縫合的操作。
而這次，機器人通過一個小開口，成功在狹窄的腹部完成了任務。這次的手術更具挑戰性，因為器官會随着動物的呼吸有節奏地動。
Opferman 表示，「一旦你打開病人的身體，他體内所有的器官都會在動，是以你不太可能提前做好類似于往哪裡下刀的計劃。」
「如果你要手術的對象是像腸子這樣的軟組織，你一碰它，它也會跟着跑。是以，需要實時更新機器人的計劃，弄清楚它需要做什麼，以及如何完成任務。」
如果機器人能夠擅長腸道吻合術，這将是一種需要高水準重複運動和精确度的手術。
要知道，連接配接腸道的兩端可說是胃腸手術中最具挑戰性的步驟，需要外科醫生以高精度和一緻性進行縫合。
即使是最輕微的手部顫抖或縫線錯位，也可能導緻洩漏，而這可能會給患者帶來災難性的并發症。
STAR機器人如何設計？
STAR機器人系統的組成部分，包括醫用機械臂、外科手術工具、雙通道NIR和3D結構光内窺鏡成像系統。其中，标準機械臂是由制造商Kuka所提供。
研究人員表示，STAR其實是一種專門用于縫合軟組織的視覺引導系統。
團隊為STAR配備了增強自主性和提高手術精度的新功能，包括專門的縫合工具和最先進的成像系統，以提供更準确的手術區域可視化。
定制的軟體在縫合的過程中控制機器人，使用機器人手臂上的3D攝像頭拍攝圖像，以此來感覺機器人在體内的深度，并繪制病人腹部内部變化的情況。
STAR增強自主要制政策的體系結構
這套自主性流程能夠讓機器人啟動/暫停/解除組織跟蹤系統，檢測組織的呼吸運動及其變形。
通知醫生重新規劃步驟，控制錄影機運動，以均勻和非均勻間距進行不同模式的縫合規劃，預先過濾降低噪聲，預測工具與組織的距離，以及使機器人工具與組織的呼吸運動和遠端運動中心(RCM)下的同步。
未來5年，機器人上手
其實，機器人輔助手術在世界各地已經非常常見。據估計，2017年機器人輔助手術的數量超過64.4萬例，但它們都是輔助手術。
正如剛剛提到，軟組織手術對機器人來說尤其困難，因為它的不可預測性迫使機器人要快速适應以應對意外的障礙。
約翰斯·霍普金斯大學的研究人員為STAR設計了一個新穎的控制系統，可像人類外科醫生一樣實時調整手術計劃。
STAR的特别之處在于，它是第一個以最少的人工幹預來規劃、調整和執行軟組織手術計劃的機器人系統。
Opferman說，這項試驗是人類實作完全自主手術的第一步，盡管距離實作這一終極目标可能還需要幾十年的時間。
随着研究成果的不斷進展，研究小組将訓練機器人慢慢地操作越來越多的手術部分，比如打開空腔，然後關閉，直到證明機器人自己能夠獨立完成整個操作過程。
他說，「由機器人執行部分手術的人體試驗可能在5年内開始。」
參考資料：
https://www.newscientist.com/article/2305980-robot-performs-keyhole-surgery-on-pigs-with-little-help-from-doctors/
https://www.techradar.com/news/a-robot-just-performed-autonomous-surgery-on-a-pig-and-were-shook
https://tech.huanqiu.com/article/46ZJ3sKOUOe