CNET科技行者手术不再需要人类医生只是时间问题?这个STAR机器人正在让预言成真

手术不再需要人类医生只是时间问题?这个STAR机器人正在让预言成真

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去年,一台名为STAR(Smart Tissue Autonomous Robot)的医疗机器人问世,并且迅速占据了更大科技媒体头条,为什么?因为它是全球第一台可以自主处理软组织的手术机器人,通过专门的算法程序自主完成操作,能避免手术中可能出现的人为差错。

陶婧婕 来源:CNET科技行者 【编译】 2017年10月24日

关键字:人工智能 机器人

CNET科技行者 10月24日 北京消息 曾经,说到机器人就会联想起它们冰冷机械零件堆砌出的外表,生硬的机器语言,受人类操控为人类服务;现如今,人工智能等技术赋予机器人以“个性”,一个个形态万千,功能迥异的机器人出现在了人们的日常生活中。

本文将聚焦医疗机器人领域,美国著名肿瘤外科专家、虚拟手术创始人Dr. Shafi Ahmed曾表示:“手术机器人替代外科医生只是个时间问题,未来外科手术室里不会再有一群医生从早到晚有做不完的手术了。”

你知道么?早在1985年,美国人就尝试用Puma560工业机器人辅助进行脑组织活检,这是手术机器人最初的雏形和探索;在80年代末90年代初,诞生了以RoboDoc外科手术机器人为代表的专门用于手术的外科机器;1994年,美国Computer Motion公司研制的伊索(Aesop)持镜机器人可以模仿人手臂功能,取消了对辅助人员手动控制内窥镜的需要,实现比人为控制更精确一致的镜头运动,为医生提供直接、稳定的视野(至2014年,外科医师已经应用伊索机器人在全球做了超过7.5万例次微创手术);1999年1月9日,美国Intuitive Surgical公司发布了达芬奇外科手术机器人系统,2000年被美国药监局正式批准投入使用认证,成为全球首套可以在腹腔手术中使用的机器人手术系统。

去年,一台名为STAR(Smart Tissue Autonomous Robot,以下简称STAR机器人)的医疗机器人问世,并且迅速占据了更大科技媒体头条,为什么?因为它是全球第一台可以自主处理软组织的手术机器人,通过专门的算法程序自主完成操作,能避免手术中可能出现的人为差错。这也标志着外科手术无人化向前迈进了一大步。

你知道么?机器人打败了外科医生 未来将接管手术室和你

STAR自主手术机器人

STAR机器人背景揭秘

STAR机器人是由美国华盛顿儿童国家健康系统(Children's National Health System)的Peter C. Kim团队研发。经过长达7年之久的探索和磨合训练,Kim团队整合了近红外荧光(NIRF)标记和3D光场成像技术,解决了成像问题。这套成像系统通过捕捉组织器官的光场信息,生成3D立体影像。有了这套成像系统,STAR就可以在整个手术过程中,准确而不受限制地监测目标组织的运动和变化。STAR就像就有了「眼睛」,它知道哪个组织是它手术的目标,哪个是不能碰的。为了配合STAR的这套成像系统,Kim团队又自主创新的研发了一套智能算法。这套算法不仅可以制定手术方案,它还可以根据成像系统传回的信息,判断组织的变化,进而对手术方案作出调整。

STAR机器人将自主完成手术全过程,医生并不参与操控,只需要站在旁边监督。为了应对紧急情况,医生可以随时暂停机器人的工作。

它已经做了两次猪肠缝合手术,一次在活体外,一次在活体内,均取得成功。在2017智能机器人与系统国际学术会议(IROS 2017)上,STAR研发团队展示了STAR机器人最新的研究结果:相比起专业的外科医生,机器人也能够更精确地切开组织,对周围的组织损伤也更小。

STAR机器人的“猪肉组织切割实验”

美国马里兰大学机械工程学院副教授Axel Krieger参与了这项研究,他说:“我真的相信机器人做手术是外科的发展趋势。”

为开展研究,研究人员到肉店买了猪的三种组织:猪皮、脂肪和猪肉。在比较STAR机器人和外科医生做手术之前,首先有必要证实STAR机器人能够精确切割这三种不规则软组织,因为这些软组织弹性大,滑动性大,切割时极易产生误差。

STAR机器人在做手术时,会跟随预先划定的切割路径,同时不断调整切割角度,来适应组织切割时产生的各种阻力。

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图片来源:Justin Opfermann& Ryan Decker摄

研究人员事先在组织上做好小标记,这些标记会显示在机器人的近红外相机上,从而帮助机器人完成视觉追踪。因此,研究人员也称STAR为半自动机器人。Axel Krieger称:“做好标记后,机器人便可自动完成肿瘤切割手术。”

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图片来源:Justin Opfermann& Ryan Decker摄

经证实STAR机器人能够完成切割手术。Axel Krieger及其同事已让STAR机器人和外科专家进行对比实验,共同完成过一台猪皮组织切割手术。

机器人和外科医生需在猪皮组织上完成5厘米长的直线切割。手术的评判标准是手术切线与给定长度的标准切线之间的偏离程度以及其切口周围受损皮肤的面积。评判结果为:与医生相比,STAR机器人的切口长度更接近5厘米,与标准切线的偏离程度更低,因而受损皮肤的面积更小。

试验的最后阶段,研究团队让STAR机器人从猪的脂肪层中切除一个黏土制成的人造肿瘤。人造肿瘤上附有薄层组织,增加了机器人识别肿瘤的难度。研究人员预先标出肿瘤的边界,然后引导STAR切除边界周长为四毫米 的人造肿瘤。结果,机器人又一次完成了精准切割,为癌症病人带来了希望。

Axel Krieger称:“下一步将训练STAR机器人处理复杂的三维形态的肿瘤,这将需要新型相机进行视觉追踪,以及更加精密的手术规划软件。”

跟外科医生抢饭碗的机器人会越来越多

现在,外科医生通常用手术笔标记肿瘤边界,也可以很容易转向使用红外线标记法,引导机器人完成手术。此外,如果医生想让STAR机器人完全自己完成手术,STAR机器人可从CT和MRI影像中获取信息,确定肿瘤位置。由此可见,STAR将成为手术室“新星”。

STAR机器人研发团队认为,医疗机器人的理念和自动驾驶汽车相同——不是因为我们不会开车,而是因为我们想减少交通事故的发生。机器人可以精准稳定地操作一切,无需休息,大大提高治疗效率,缩短病人的等待时间,提高就医效率。

伴随着人工智能的发展和系统器械的完善,手术机器人将进一步功能细化,大到机体外科手术,小到伤口消毒缝合,实现专科化、专项化。这样一来,既降低了研发成本和难度,加快了迭代更新的频率,又减少了生产成本,继而降低了病人看病的成本,可以又快又好地实现医疗无人化。


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