見過遠(yuǎn)程機(jī)器人縫合傷口（參考“達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人”），那么你見過無人操控的機(jī)器人縫合傷口嗎？
近日，加州大學(xué)伯克利分校的研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)出一種人工智能訓(xùn)練的外科手術(shù)機(jī)器人，它能夠獨(dú)立完成一些縫合任務(wù)。從研究人員拍攝的視頻來看，這個(gè)雙臂機(jī)器人在仿生皮膚上完成了六次連續(xù)的縫合，將針穿過組織，從一個(gè)機(jī)械臂傳遞到另一個(gè)機(jī)械臂，同時(shí)保持對(duì)線的張力。
這一嶄新的研究標(biāo)志著現(xiàn)代醫(yī)學(xué)科技正朝著更自主的方向發(fā)展。要知道盡管如今許多醫(yī)生在手術(shù)中得到機(jī)器人的幫助，但這些機(jī)器人是用來輔助外科醫(yī)生的，并不是取代他們。而這款自動(dòng)縫合機(jī)器人做到了真正意義上的“自主自動(dòng)”。
1、模擬研究完成，即將進(jìn)入動(dòng)物實(shí)驗(yàn)
據(jù)加州大學(xué)伯克利分校的研究員、該機(jī)器人研究實(shí)驗(yàn)室的主任Ken Goldberg介紹，這款機(jī)器人主要是利用一對(duì)攝像頭觀察周圍環(huán)境，通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，能夠準(zhǔn)確識(shí)別針的位置，并使用運(yùn)動(dòng)控制器規(guī)劃縫合過程中涉及的所有六個(gè)動(dòng)作。
Ken Goldberg表示，雖然目前這款機(jī)器人還無法完全取代外科醫(yī)生，但其成功為自動(dòng)化縫合過程打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。此外，他還指出了該研究面臨一些挑戰(zhàn)。例如，閃光或反光物體可能會(huì)干擾機(jī)器人的圖像傳感器，而計(jì)算機(jī)也難以模擬“可變形”（如皮膚和線）在被戳和被推時(shí)的反應(yīng)。
不過，盡管距離這一技術(shù)進(jìn)入臨床還有很長(zhǎng)的路要走，研究團(tuán)隊(duì)對(duì)于未來在醫(yī)療領(lǐng)域中推廣仍然充滿信心。項(xiàng)目研究員Danyal Fer表示：在手術(shù)過程中，有很多工作，而縫合往往是最后一項(xiàng)任務(wù)。這意味著醫(yī)生在進(jìn)行縫合時(shí)更容易疲勞，如果他們沒有正確閉合傷口，可能會(huì)導(dǎo)致一系列并發(fā)癥。鑒于縫合工作的重復(fù)性，Goldberg和Fer認(rèn)為這是自動(dòng)化的理想對(duì)象。
對(duì)于該團(tuán)隊(duì)能否證明這一設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)患者預(yù)后的實(shí)質(zhì)性改善？機(jī)器人又能不能做到提高縫合質(zhì)量、加快的愈合速度并減少疤痕？
Goldberg表示這是一個(gè)懸而未決的問題，因?yàn)闄C(jī)器人的成功帶有一些限制條件。在人類必須之前，這臺(tái)機(jī)器人完成了六次完整的縫合記錄，但在測(cè)試中平均只能完成約三次。且測(cè)試傷口局限于平面，不像肘部或指關(guān)節(jié)等身體的圓形部位的傷口。此外，該機(jī)器人僅在“phantoms（一種醫(yī)用仿真皮膚）”上進(jìn)行了測(cè)試，并沒有在器官組織或動(dòng)物皮膚上測(cè)試。
但很快實(shí)驗(yàn)室將從仿真皮膚測(cè)試轉(zhuǎn)移到動(dòng)物皮膚上。Goldberg指出雞肉是首選。好處是不需要批準(zhǔn)，你只需要去雜貨店買些雞肉。
2、對(duì)比STAR自動(dòng)縫合機(jī)器人
約翰斯·霍普金斯大學(xué)的研究員Axel Krieger表示，這個(gè)機(jī)器人已經(jīng)取得了令人印象深刻的進(jìn)步，特別是在找到和抓住針并在機(jī)械臂之間轉(zhuǎn)移的方面。從機(jī)器人學(xué)的角度來看，這是一項(xiàng)非常具有挑戰(zhàn)性的操縱任務(wù)。與將針從一個(gè)人的手移動(dòng)到另一個(gè)人的手不同，將針從一個(gè)機(jī)械臂移動(dòng)到另一個(gè)機(jī)械臂在靈巧方面是非常艱巨的，像大海撈針一樣。
Krieger的實(shí)驗(yàn)室是機(jī)器人縫合領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者，盡管采用的是不同的方法。伯克利的研究人員使用的是達(dá)芬奇研究套件（一種用于在眾多手術(shù)室中進(jìn)行腹腔鏡手術(shù)的共享機(jī)器人系統(tǒng)），而克里格的實(shí)驗(yàn)室則構(gòu)建了自己的系統(tǒng)，稱為智能組織自主機(jī)器人（STAR）。
Smart Tissue Autonomous Robot（STAR）
2022年的一篇關(guān)于STAR的論文顯示，它能夠成功地在豬腸上縫合。這是值得注意的，因?yàn)闄C(jī)器人很難區(qū)分動(dòng)物組織和血液樣本的顏色。但STAR系統(tǒng)也受益于獨(dú)特的技術(shù)，如安置在組織中的紅外傳感器，這些傳感器有會(huì)告訴機(jī)器人該去哪里，并且該系統(tǒng)還配備了專用的縫合機(jī)制。相比之下，伯克利的機(jī)器人是使用較為簡(jiǎn)單的達(dá)芬奇系統(tǒng)進(jìn)行手動(dòng)縫合。
兩位研究人員都列出了未來將要面對(duì)的一系列挑戰(zhàn)。Krieger希望使機(jī)器人更易于外科醫(yī)生操作，并訓(xùn)練它處理更細(xì)小的縫合。Goldberg則希望看到他們實(shí)驗(yàn)室的機(jī)器人成功地縫合更復(fù)雜的傷口形狀，并更快更準(zhǔn)確地完成縫合任務(wù)。
醫(yī)療市場(chǎng)以及手術(shù)機(jī)器人市場(chǎng)都正走向無人操控的全自動(dòng)領(lǐng)域，但目前來看，自動(dòng)化縫合機(jī)器人仍存在一定的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，正如上文所說，機(jī)器人缺乏人類醫(yī)生的判斷力，在醫(yī)療環(huán)境中無法靈活地應(yīng)對(duì)突發(fā)情況或意外變化；同時(shí)“全自動(dòng)化”也意味著維修和維護(hù)這些設(shè)備的成本可能非常昂貴，未必所有機(jī)構(gòu)都能承擔(dān)這一筆額外的費(fèi)用。
當(dāng)然，隨著人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)和機(jī)器視覺等技術(shù)的不斷發(fā)展，手術(shù)機(jī)器人的性能和精度正在不斷提高。未來，隨著技術(shù)的進(jìn)步，全自動(dòng)的手術(shù)機(jī)器人可能會(huì)變得更加智能化、靈活化和可靠化。對(duì)此醫(yī)潛將持續(xù)關(guān)注。
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