全球初次！手术机器人自主完结猪体内腹腔镜手术，登Scienc

近几年，医疗商场关于手术机器人的需求持续增长，国内外多家巨子企业纷繁布局手术机器人商场，达芬奇手术机器人原一家独大的独占局势逐渐被打破。在本钱的推进下，手术机器人在技术上不断获得新的开展，胸腔和腹腔镜手术机器人技术逐渐老练。

腔镜手术机器人被誉为“医疗器械范畴的航空母舰”，是现在手术机器人范畴体系极为杂乱、技术难度极大、临床与商用价值极高的研制方向之一。在腹腔手术中，因为方针安排的进入和可见度有限，加上呼吸运动形成的伪影搅扰，手术难度极大。

近来，来自约翰·霍普金斯大学的一个研讨团队规划出一款智能安排自主机器人 STAR，该机器人在没有人类辅导的情况下，成功完结对一头猪的软安排腹腔镜手术。

相关研讨以“Autonomous robotic laparoscopic surgery for intestinal anastomosis”为题，宣布在科学期刊 Science Robotics 上。

该研讨完结了运用智能安排自主机器人（STAR）履行机器人腹腔镜小肠符合术所需的增强自主性，而且能够在腹腔镜下施行增强的全符合自主操作，标志着机器人技术向人类全自动手术迈出的重要一步。

图注：机器人在没有人类协助的情况下对猪的软安排进行了腹腔镜手术

该研讨的作者之一、约翰·霍普金斯大学怀特工程学院机械工程助理教授 Axel Krieger 说：“咱们的研讨成果表明，咱们能够将外科手术中最杂乱、精密的使命之一完结自动化——从头衔接肠道的两头。STAR 在四只动物身上进行了手术，显着比医师进行相同的手术效果要好。”

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首个在软安排中完结符合术的自主手术机器人

外科手术机器人的开展已有多年，但多以辅佐型手术体系为主，如处于国际顶级水平的达芬奇手术机器人，由外科医师操控机器人辅佐进行手术，体系虽具有极高的精准性，但在完结自主手术上仍面对相当大的应战。

自主软安排手术要求手术机器人具有精确牢靠的成像体系，然后检测和盯梢方针安排，还需考虑软安排变形给手术带来的杂乱度添加等要素，对机器人体系要求较高。腹腔镜手术便是一个典型的运用场景，因为方针安排的进入和可见度有限，加上呼吸运动形成的伪影搅扰，导致手术难度极大。在外科手术中，符合术恰好是调查自主机器人手术体系进行软安排手术的一个适宜场景。该手术的意图是将软安排的两个断端接起来，康复接连的生理结构，如胃肠道符合术、输卵管符合术、肌腱符合术等。在技术上，触及腔结构的近似和重建，对手术的可操作性和可重复性要求极高。虽然现有的自主手术机器人已获得显着前进，但大都体系在杂乱使命中仍体现出较低的自主性，对医师的依赖性较高。在该研讨中，Axel Krieger 等人规划了一款面向腹腔镜手术场景的增强型自主 STAR 体系，并装备了专门的缝合东西和最先进的成像体系。成像体系运用近红外符号，可盯梢方针安排缝合进程的起点和结尾，在手术进程中对血液和薄安排的阻塞具有较强的鲁棒性，体系的自主性和手术精度得以增强。

图注：加强自主腹腔镜软安排手术（A：STAR体系的组成部分，包含医疗机器人手臂、驱动的手术东西以及双通道近红外和三维结构光内窥镜成像体系；B：STAR的增强型自主操控战略的操控架构）

衔接肠道的两头可谓是胃肠手术中最具应战性的一步，需求外科医师以高精度和一致性对肠道进行缝合，即使是手术中最细微的手部哆嗦或错位的缝线，均或许导致肠道内分泌物的走漏，为患者带来灾难性的并发症。

研讨人员运用 STAR 在猪小肠上进行体内腹腔镜自主手术。术前，操作员经过图形用户界面发动 STAR ，体系自主生成缝合算法并施行缝合使命。在缝合进程中，操作员会在 STAR 履行缝线方案之前经过 GUI 对缝合过程进行微调，但大部分作业流程都是以自主办法完结的。

在腹腔镜手术期间，因为猪的呼吸和其他安排运动会导致手术方针安排的运动，给手术添加难度。为此，研讨人员开发了一种根据卷积神经网络和近红外摄像机反应的机器学习算法，来盯梢手术期间方针安排的运动。

Krieger 说：“软安排手术对机器人来说特别困难，因为它的不行猜测性迫使它们能够快速适应以应对意外的妨碍。STAR 是一个新颖的操控体系，能够像外科医师相同实时调整手术方案。STAR 的特别之处在于，它是首个在软安排中自主规划、调整和履行手术方案的机器人体系，且手术进程中人工干预最少。”

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缝合技术可与外科医师相媲美

为检测手术效果，研讨人员对小猪进行了为期 1 周的术后存活期监测，并进行了有限的尸检。生计研讨成果表明，STAR 体系能够在无走漏符合和管腔晓畅等指标上与专家外科医师的体现相媲美，体系乃至体现出更高的一致性水平。

图注：体内实验成果（A：用 STAR（n = 4）和手动腹腔镜对照实验（n = 1）操作的每个符合口安排的代表性安排学比如；B) PMN 细胞作为每个样本的炎症的代用指；C：尸检时搜集的符合口的代表比如，用于 STAR 和对照测验。）

虽然该研讨获得了突破性的前进，但在手术技术和效果上还存在必定的局限性。如，机器人操控算法的成功施行取决于方针安排在某个作业区域的可达性等要素，STAR 机器人、手动腹腔镜手术和遥控达芬奇手术的比较是在幻影安排上进行的，而体内研讨不或许运用根据达芬奇的测验臂。

研讨人员表明，在未来的研讨中，将集成和测验无符号安排盯梢技术，将相机体系简化为内窥镜，并添加触觉传感器，进一步进步体系的自主性，加速机器人完结手术的时刻。

虽然在杂乱和不行猜测的手术场景中无法消除人工监督的效果，但 STAR 体系可有用下降因为医师在医学经历和才能上的个体差异导致的手术危险，并进步手术安全性和手术成果的一致性。

Krieger 表明，跟着医学范畴朝着更多的腹腔镜手术办法开展，具有一个为此类手术规划的自动化机器人体系显得非常重要。“机器人符合术是保证每位患者都能以更高的精确性和精确度履行需求高精度和可重复性的手术使命的一种办法，而与外科医师的技术无关。咱们假定这将导致患者护理的民主化手术办法具有更高的可猜测和一致性。”