机器人首次独立完成腹腔镜手术 准确性高于外科医生

• 2022-02-10 09:18:06 来源：凤凰网

随着技术的进步，以达芬奇机器人为代表的手术机器人在手术室的应用越来越普遍。目前，手术机器人往往在医生远程操作下，或者是与医生共同协作下完成手术。

近日，美国约翰斯·霍普金斯大学团队研发的智慧软组织自动机器人（Smart Tissue Autonomous Robot, STAR）首次自主完成了活体猪的腹腔镜手术。

也就是说，这是机器人的“独立操刀”进行的手术，医生在手术过程中没有干预，仅在旁监督。如今的自主手术的完成，也是手术机器人自动化发展的一次进步。

图 | STAR 可以在没有人类帮助的情况下，对猪的软组织进行腹腔镜手术（来源：约翰斯·霍普金斯大学）

北京时间 1 月 27 日，相关论文以《自主机器人腹腔镜肠吻合术》（Autonomous robotic laparoscopic surgery for intestinal anastomosis）为题发表在 Science Robotics 。

“研究结果表明，我们可以进行自动化手术中最复杂和微妙的任务之一：重新连接肠道的两端（吻合术）。STAR 在四只动物身上进行了手术，它的结果明显优于人类进行的相同手术。”约翰斯·霍普金斯大学机械工程助理教授、该论文通讯作者阿克塞尔·克里格（Axel Krieger）说。

图 | 相关论文（来源：Science Robotics）

这种肠道吻合术由于要完成高水平的重复运动，因此对动作的控制和精准度方面都有较高的要求。即便对于外科医生，缝合肠道两端也是胃肠手术中难度不小的手术。因为任何轻微的误差或者缝线时的失误，都有导致肠道泄露的风险，这对患者的健康是无形的隐患。

研究人员曾表示，“结直肠手术中近 20% 和腹部手术中 25% 至 30% 会发生接缝渗漏等并发症。”

在手术过程中如果遇到突发情况，医生往往凭借其技术和经验第一时间做出应对。而机器人虽然通过设定程序可对动物的软组织进行精准、均匀的缝合，但是也有一定不确定性，当机器人遇到突发情况时，该如何应对？

对于这种担忧该团队也提前进行了预案，克里格表示，“STAR 有一个新颖的控制系统，可以像人类外科医生一样实时调整手术计划。并且，它是第一个在软组织中规划、调整和执行手术计划且人工干预最少的机器人系统。”

该机器人的核心技术是“三维内窥镜和基于机器学习的跟踪算法”，这对于 STAR 的安全性和效率等提供了保障。

图 | 使用 STAR（n=4）和手动腹腔镜控制（n=1）在猪中进行肠吻合术的数据对比（来源：Science Robotics）

该团队还将 STAR 自主手术、外科医生手术以及机器人辅助手术的相关结果进行了比较，对比数据包括缝合线咬合大小、完成时间、缝合间距、针放置校正、管腔通畅和泄漏压力等。

尽管该系统需要手动微调机器人以在漏针时正确定位，但使用此工作流程自主完成了超过 83% 的缝合任务。结果显示，STAR 的数据优于外科医生手术以及机器人辅助手术。

图 | 组织运动跟踪（来源：Science Robotics）

2016 年，华盛顿特区国家儿童医院与约翰斯·霍普金斯大学开始合作研发这个手术机器人项目，STAR 具有专用在软组织缝合的视觉引导系统。目前的全自主手术成果，是基于此前模型的迭代，而在这之前，该机器人的自动化程度是 60%，也就是仍有 40% 需要医生配合完成。

为实现精准和提升机器人的自主性，该团队为 STAR 不断优化新功能。为实现精准的手术区域可视化，他们采用了专业的缝合工具和高水平的成像系统。

图 | 自主腹腔镜软组织手术（A）STAR 系统的组成部分，包括医疗机械臂、驱动手术工具以及双通道 NIR 和 3D 结构光内窥镜成像系统（B）STAR 增强型自主控制策略的控制架构（来源：Science Robotics）

克里格说：“该机器人进行的软组织缝合术是确保每位患者能以更高的准确性和精确度，执行需要高精度和可重复性的手术任务的一种方法，而与外科医生的技能无关。”

机器人的自动化将使手术保持标准化操作流程，但这并不意味着手术机器人要替代医生，而是减轻医生的工作负担，使他们可以将精力集中投入在更重要、更复杂的工作中。

据悉，该机器人对人体的验证工作可能在五年内进行，但人们对此的接受程度如何仍需进一步探索。总的来说，STAR 这次对猪的腹腔镜手术的自主成功完成，意味着机器人技术向人类的全自动手术又跨出关键的一步。

标签： 机器人 star 软组织 外科医生 手术机器人 肠道 准确性 吻

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