曾經(jīng)，說到機(jī)器人就會聯(lián)想起它們冰冷機(jī)械零件堆砌出的外表今搂，生硬的機(jī)器語言柱称，受人類操控為人類服務(wù)；現(xiàn)如今饼簸，人工智能等技術(shù)賦予機(jī)器人以“個性”臼磁，一個個形態(tài)萬千，功能迥異的機(jī)器人出現(xiàn)在了人們的日常生活中倾皿。

本文將聚焦醫(yī)療機(jī)器人領(lǐng)域吊磕，美國著名腫瘤外科專家、虛擬手術(shù)創(chuàng)始人Dr． Shafi Ahmed曾表示：“手術(shù)機(jī)器人替代外科醫(yī)生只是個時間問題惩阶，未來外科手術(shù)室里不會再有一群醫(yī)生從早到晚有做不完的手術(shù)了挎狸。”

你知道么断楷？早在1985年锨匆，美國人就嘗試用Puma560工業(yè)機(jī)器人輔助進(jìn)行腦組織活檢，這是手術(shù)機(jī)器人最初的雛形和探索脐嫂；在80年代末90年代初统刮，誕生了以RoboDoc外科手術(shù)機(jī)器人為代表的專門用于手術(shù)的外科機(jī)器；1994年账千，美國Computer Motion公司研制的伊索（Aesop）持鏡機(jī)器人可以模仿人手臂功能侥蒙，取消了對輔助人員手動控制內(nèi)窺鏡的需要，實現(xiàn)比人為控制更精確一致的鏡頭運動匀奏，為醫(yī)生提供直接鞭衩、穩(wěn)定的視野（至2014年，外科醫(yī)師已經(jīng)應(yīng)用伊索機(jī)器人在全球做了超過7．5萬例次微創(chuàng)手術(shù)）娃善；1999年1月9日论衍，美國Intuitive Surgical公司發(fā)布了達(dá)芬奇外科手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)，2000年被美國藥監(jiān)局正式批準(zhǔn)投入使用認(rèn)證，成為全球首套可以在腹腔手術(shù)中使用的機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)瓤计。

去年智谓，一臺名為STAR（Smart Tissue Autonomous Robot，以下簡稱STAR機(jī)器人）的醫(yī)療機(jī)器人問世圾峭，并且迅速占據(jù)了更大科技媒體頭條嚎蛀，為什么？因為它是全球第一臺可以自主處理軟組織的手術(shù)機(jī)器人堤谴，通過專門的算法程序自主完成操作缰畦，能避免手術(shù)中可能出現(xiàn)的人為差錯。這也標(biāo)志著外科手術(shù)無人化向前邁進(jìn)了一大步栋固。

STAR自主手術(shù)機(jī)器人

STAR機(jī)器人背景揭秘

STAR機(jī)器人是由美國華盛頓兒童國家健康系統(tǒng)（Children＇s National Health System）的Peter C． Kim團(tuán)隊研發(fā)肥稠。經(jīng)過長達(dá)7年之久的探索和磨合訓(xùn)練，Kim團(tuán)隊整合了近紅外熒光（NIRF）標(biāo)記和3D光場成像技術(shù)埋署，解決了成像問題玫桅。這套成像系統(tǒng)通過捕捉組織器官的光場信息，生成3D立體影像绷匀。有了這套成像系統(tǒng)鳞编，STAR就可以在整個手術(shù)過程中，準(zhǔn)確而不受限制地監(jiān)測目標(biāo)組織的運動和變化渐扮。STAR就像就有了“眼睛”，它知道哪個組織是它手術(shù)的目標(biāo)掖棉，哪個是不能碰的墓律。為了配合STAR的這套成像系統(tǒng)，Kim團(tuán)隊又自主創(chuàng)新的研發(fā)了一套智能算法幔亥。這套算法不僅可以制定手術(shù)方案耻讽，它還可以根據(jù)成像系統(tǒng)傳回的信息，判斷組織的變化帕棉，進(jìn)而對手術(shù)方案作出調(diào)整针肥。

STAR機(jī)器人將自主完成手術(shù)全過程，醫(yī)生并不參與操控香伴，只需要站在旁邊監(jiān)督慰枕。為了應(yīng)對緊急情況，醫(yī)生可以隨時暫停機(jī)器人的工作即纲。

它已經(jīng)做了兩次豬腸縫合手術(shù)具帮，一次在活體外，一次在活體內(nèi)低斋，均取得成功停迫。在2017智能機(jī)器人與系統(tǒng)國際學(xué)術(shù)會議（IROS 2017）上，STAR研發(fā)團(tuán)隊展示了STAR機(jī)器人最新的研究結(jié)果：相比起專業(yè)的外科醫(yī)生，機(jī)器人也能夠更精確地切開組織擎若，對周圍的組織損傷也更小环自。

STAR機(jī)器人的“豬肉組織切割實驗”

美國馬里蘭大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院副教授Axel Krieger參與了這項研究，他說：“我真的相信機(jī)器人做手術(shù)是外科的發(fā)展趨勢漂肖〕浇螅”

為開展研究，研究人員到肉店買了豬的三種組織：豬皮汁讹、脂肪和豬肉诞书。在比較STAR機(jī)器人和外科醫(yī)生做手術(shù)之前，首先有必要證實STAR機(jī)器人能夠精確切割這三種不規(guī)則軟組織棋裳，因為這些軟組織彈性大快檀，滑動性大，切割時極易產(chǎn)生誤差凭协。

STAR機(jī)器人在做手術(shù)時都晶，會跟隨預(yù)先劃定的切割路徑，同時不斷調(diào)整切割角度丸冕，來適應(yīng)組織切割時產(chǎn)生的各種阻力耽梅。

圖片來源：Justin Opfermann＆ Ryan Decker攝

研究人員事先在組織上做好小標(biāo)記，這些標(biāo)記會顯示在機(jī)器人的近紅外相機(jī)上胖烛，從而幫助機(jī)器人完成視覺追蹤眼姐。因此，研究人員也稱STAR為半自動機(jī)器人佩番。Axel Krieger稱：“做好標(biāo)記后众旗，機(jī)器人便可自動完成腫瘤切割手術(shù)√宋罚”

圖片來源：Justin Opfermann＆ Ryan Decker攝

經(jīng)證實STAR機(jī)器人能夠完成切割手術(shù)贡歧。Axel Krieger及其同事已讓STAR機(jī)器人和外科專家進(jìn)行對比實驗，共同完成過一臺豬皮組織切割手術(shù)赋秀。

機(jī)器人和外科醫(yī)生需在豬皮組織上完成5厘米長的直線切割利朵。手術(shù)的評判標(biāo)準(zhǔn)是手術(shù)切線與給定長度的標(biāo)準(zhǔn)切線之間的偏離程度以及其切口周圍受損皮膚的面積。評判結(jié)果為：與醫(yī)生相比猎莲，STAR機(jī)器人的切口長度更接近5厘米绍弟，與標(biāo)準(zhǔn)切線的偏離程度更低，因而受損皮膚的面積更小蝠笔。

試驗的最后階段读铁，研究團(tuán)隊讓STAR機(jī)器人從豬的脂肪層中切除一個黏土制成的人造腫瘤。人造腫瘤上附有薄層組織床少，增加了機(jī)器人識別腫瘤的難度砂两。研究人員預(yù)先標(biāo)出腫瘤的邊界，然后引導(dǎo)STAR切除邊界周長為四毫米 的人造腫瘤。結(jié)果汪汰，機(jī)器人又一次完成了精準(zhǔn)切割盹扮，為癌癥病人帶來了希望。

Axel Krieger稱：“下一步將訓(xùn)練STAR機(jī)器人處理復(fù)雜的三維形態(tài)的腫瘤步盼，這將需要新型相機(jī)進(jìn)行視覺追蹤字拒，以及更加精密的手術(shù)規(guī)劃軟件》常”

跟外科醫(yī)生搶飯碗的機(jī)器人會越來越多

現(xiàn)在投嫂，外科醫(yī)生通常用手術(shù)筆標(biāo)記腫瘤邊界，也可以很容易轉(zhuǎn)向使用紅外線標(biāo)記法蔗彤，引導(dǎo)機(jī)器人完成手術(shù)川梅。此外，如果醫(yī)生想讓STAR機(jī)器人完全自己完成手術(shù)然遏，STAR機(jī)器人可從CT和MRI影像中獲取信息贫途，確定腫瘤位置。由此可見待侵，STAR將成為手術(shù)室“新星”丢早。

STAR機(jī)器人研發(fā)團(tuán)隊認(rèn)為，醫(yī)療機(jī)器人的理念和自動駕駛汽車相同——不是因為我們不會開車秧倾，而是因為我們想減少交通事故的發(fā)生怨酝。機(jī)器人可以精準(zhǔn)穩(wěn)定地操作一切，無需休息那先，大大提高治療效率凫碌，縮短病人的等待時間，提高就醫(yī)效率胃榕。

伴隨著人工智能的發(fā)展和系統(tǒng)器械的完善，手術(shù)機(jī)器人將進(jìn)一步功能細(xì)化瞄摊，大到機(jī)體外科手術(shù)勋又，小到傷口消毒縫合，實現(xiàn)尵崩拢科化葡料、專項化。這樣一來梧货，既降低了研發(fā)成本和難度佃贞，加快了迭代更新的頻率，又減少了生產(chǎn)成本镐催，繼而降低了病人看病的成本隶俄，可以又快又好地實現(xiàn)醫(yī)療無人化。

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