手术机器人自主完成猪体内腹腔镜手术，登Science子刊

近年来，随着医疗市场的蓬勃发展，手术机器人的需求日益旺盛。众多国内外巨头企业纷纷涉足手术机器人领域，打破了达芬奇手术机器人曾经的垄断格局。在资本的助推下，手术机器人在技术上不断突破，特别是在胸腔和腹腔镜手术机器人技术方面取得了显著进展。

腔镜手术机器人被誉为医疗器械领域的佼佼者，其系统之复杂、技术难度之大、临床与商用价值之高，使其成为研发的重点方向之一。在腹腔手术中，由于目标组织的深入和可见度有限，再加上呼吸运动带来的伪影干扰，手术难度极高。

近期，约翰·霍普金斯大学的一支研究团队取得了重大突破。他们设计了一款智能组织自主机器人STAR，这款机器人在无需人类指导的情况下，成功完成了一例猪的软组织腹腔镜手术。相关研究以“Autonomous robotic laparoscopic surgery for intestinal anastomosis”为题，发表在科学期刊Science Robotics上。

这项研究实现了使用智能组织自主机器人（STAR）执行机器人腹腔镜小肠吻合术的增强自主性，能够在腹腔镜下进行全吻合自主操作。标志着机器人技术在实现人类全自动手术的道路上迈出了重要的一步。

机器人在没有人类帮助的情况下，成功进行了猪的软组织腹腔镜手术，这一成果令人振奋。研究团队的成员之一，约翰·霍普金斯大学怀特工程学院机械工程助理教授Axel Krieger表示：“我们的研究结果表明，我们可以实现外科手术中最复杂、最精细任务之一的自动化——重新连接肠道的两端。经过四轮动物实验验证，STAR的手术效果明显优于人工手术。”

揭幕医疗科技新里程碑：首个在软组织中完成吻合术的自主手术机器人闪亮登场！

随着医学技术的突飞猛进，手术机器人已经逐渐成为了现代医学不可或缺的一部分。而近日，一场自主软组织手术的成功实践更是让医学界瞩目，全球领先的医疗科技团队成功研发出首个在软组织中完成吻合术的自主手术机器人。这不仅是医学领域的重大突破，更是对人类智慧的极致挑战。

外科手术机器人的发展已历多年，目前多数机器人系统仍以辅助型手术系统为主，例如赫赫有名的达芬奇手术机器人。尽管这些辅助型机器人在手术中展现出惊人的精准性，但在实现自主手术上仍面临巨大挑战。自主软组织手术需要机器人具备高度精准的成像系统，能够实时检测和跟踪目标组织，同时还需要应对软组织变形等复杂因素带来的挑战。其中，腹腔镜手术是一个极具代表性的应用场景。由于目标组织的进入和可见度有限，加上呼吸运动造成的干扰，使得手术难度极高。在这一背景下，自主手术机器人的发展尤为重要。

在诸多软组织手术中，吻合术是评估自主机器人手术系统能力的一个重要场景。该手术的目的是将软组织的两个断端连接起来，恢复其正常的生理结构。在技术上，吻合术涉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。现有的自主手术机器人在技术上已取得显著进步，但在复杂任务中仍表现出自主性不足的问题，对医生的依赖性较高。

针对这一难题，Axel Krieger等专家设计了一款面向腹腔镜手术场景的增强型自主STAR系统。该系统配备了先进的缝合工具和成像系统，使用近红外标记技术，能够准确跟踪目标组织的缝合过程，对血液和薄组织的闭塞具有强大的鲁棒性。这一创新技术的运用，极大地增强了系统的自主性和手术精度。

在胃肠手术中，连接肠道的两端是最具挑战性的一步。这需要外科医生以极高的精度和一致性对肠道进行缝合。即使是微小的手部颤抖或错位的缝线，都可能导致肠道内分泌物的泄漏，为患者带来严重的并发症。而这款自主手术机器人的应用，将极大地提高手术的精准性和安全性，为医学界开启新的篇章。

这一重大突破不仅展示了医疗科技的无限潜力，也让我们对未来充满了期待。随着技术的不断进步和创新，相信未来会有更多像这样的科技成果涌现，为人类健康福祉做出更大的贡献。研究人员利用STAR系统，在猪小肠上成功实施了体内腹腔镜自主手术。手术前，操作员只需通过简洁的图形用户界面启动STAR，系统便会智能地生成精确的缝合算法，自动完成缝合任务。在手术过程中，虽然操作员拥有对缝合步骤进行细微调整的权力，但大部分工作都由STAR系统自主完成。

在复杂的腹腔手术中，由于猪的呼吸及组织自然运动，目标手术组织的动态变化给手术带来了不小的挑战。为了应对这一难题，研究人员结合卷积神经网络和近红外摄像机反馈，开发了一种先进的机器学习算法。该算法能够实时追踪手术中目标组织的运动，确保手术的精准进行。

Krieger对此表示：“软组织手术对机器人而言是个巨大的挑战，因其不可预测性，要求机器人必须具备快速适应和应对突发状况的能力。STAR系统的出处在于，它是首个能够在软组织手术中自主规划、灵活调整并执行手术计划的机器人系统，而且在整个手术过程中，人工干预的需求极低。”

为了验证手术效果，研究人员对手术后的小猪进行了为期一周的存活期监测，并进行了有限的尸检。研究结果令人振奋，STAR系统的手术表现与专家外科医生不相上下，甚至在无泄漏吻合和管腔通畅等指标上表现得更出色。图注展示了体内实验的结果，其中包括了通过STAR（n=4）和手动腹腔镜对照试验（n=1）操作的每个吻合口组织的代表性组织学例子（A），以及作为每个样本炎症代用指标的PMN细胞（B）。还展示了在尸检时收集的用于STAR和对照测试的吻合口代表例子（C）。

尽管该研究在手术技术领域取得了突破性的进展，但仍存在一些局限性。机器人控制算法的成功实施受到目标组织在工作区域可达性等因素的影响。目前，STAR机器人、手动腹腔镜手术和遥控达芬奇手术的比较都是在幻影组织上进行的，而体内研究无法使用基于达芬奇的测试臂进行模拟。

研究人员表示，未来的工作将集中在集成和测试无标记组织跟踪技术、简化相机系统为内窥镜并增加触觉传感器，以进一步提高系统的自主性，并加快机器人完成手术的时间。尽管在复杂和不可预测的手术场景中无法完全消除人工监督的作用，但STAR系统可以有效降低由于医生在医学经验和能力上的个体差异导致的手术风险，提高手术的安全性和结果的一致性。

医学领域正在朝着更多的腹腔镜手术方法发展，拥有一个为此类手术设计的自动化机器人系统显得尤为重要。Krieger表示，机器人吻合术可以确保无论外科医生的技能如何，都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。他们预期这将导致患者护理的民主化，并使手术方法具有更高的可预测性和一致性。这是一种确保每位患者都能接受到最佳治疗方案的方法，无关医生的技能和经验。