约翰霍普金斯大学的研究人员设计的机器人在没有人类帮助的情况下对猪进行了极其复杂的手术。这是手术机器人执行世界首个自主腹腔镜手术，它可能只是腹腔镜手术的未来。

智能组织自主机器人 (STAR) 进行了四次非常棘手的胃肠道手术，以展示其手术能力。虽然现有的机器人腹腔镜手术系统 确实使某些手术更安全、侵入性更小，但这些系统仍由人类外科医生操作。然而，现在手术机器人已经完全靠自己完成了一项精细的手术。

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首个自主手术机器人

自主机器人手术有可能提供与个体外科医生的技能和经验无关的疗效、安全性和一致性。自主吻合术是一项具有挑战性的软组织手术任务，因为它需要复杂的成像、组织跟踪和手术计划技术，以及通常在非结构化和可变形环境中通过高度适应性控制策略的精确执行。在腹腔镜环境中，此类手术更具挑战性，因为在运动和视力限制下需要高可操作性和可重复性。

与当前的遥控机器人辅助手术 (RAS) 相比，自主机器人手术系统具有显著提高效率、安全性和一致性的潜力，例如达芬奇机器人 (Intuitive Surgical Inc.)。自主机器人系统旨在提供独立于个人经验和日常性能变化的标准手术解决方案。自主手术机器人系统的成熟示例包括用于刚性骨组织手术的 TSolution One ( 1 ) (THINK Surgical)、用于头发修复的 ARTAS ( 2 ) (Restoration Robotics Inc.) 和用于自主血液的 Veebot ( 3 ) (Veebot LLC)采样。

目前，最先进的自主能力在 Cyber Knife 机器人中实现（ 4) (Accuracy Inc.)，该公司在人工监督下对脑部和脊柱肿瘤进行放射外科手术。但是，该机器人对封闭在刚性骨结构中的组织使用非接触式治疗方法。尽管做出了这些努力，自主软组织手术仍然面临着相当大的挑战。

非结构化环境中的自主软组织手术需要准确可靠的成像系统来检测和跟踪目标组织，需要考虑组织变形的复杂任务规划策略，以及通过适用于动态手术的灵巧机器人工具和控制算法精确执行计划情况。

在这种高度多变的环境中，术前手术计划，例如在刚性组织中，不是一个可行的解决方案。在腹腔镜手术的情况下，由于目标组织的接近和可见性有限以及呼吸运动伪影的干扰，难度进一步增加。吻合术是一项软组织手术任务，涉及腔结构的近似和重建，需要高可操作性和可重复性，因此是在软组织手术场景中检查自主机器人手术系统的合适候选者。

该机器人平台是由一个 KUKA LBR Med 轻型机器人组成，配备了一个带俯仰控制的电动商用 Endo 360 缝合工具。相机系统允许测量距组织 5 到 8 厘米距离的组织几何形状。该系统能够通过线性平台对摄像系统进行动态位置控制，用于在STAR执行缝合计划时防止摄像系统与缝合工具发生碰撞。

其还通过 STAR 为体内动物研究构建了一个定制的腹腔镜成像系统。投影仪和单色相机用于重建样本的 3D 点云，NIR 光源和 NIR 相机用于荧光标记成像，通过非重叠成像光谱窗口同时启用两个相机。

此外，必要时还添加了白光源监测动物体内的环境，NIR 和 3D 摄像头使机器人能够重建组织的 3D 模型并规划机器人缝合线规划。成像系统的详细规格在补充方法中提供，在实践中，相机放置在距离目标组织 5 到 8 厘米处，用于收集 3D 点云，而缝合工具从视野中缩回以防止遮挡和与手术区域发生碰撞。

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完成动物实验

肠吻合术是外科医生重新连接两个先前断开的肠道末端的过程。值得注意的是，它在缝合过程中需要非常高的精确度。听起来很简单，对吧？这不是那么简单。约翰霍普金斯大学的新闻稿表明，任何不完美的事情都可能对患者造成毁灭性的（并且可能是致命的）结果。

可以这么说，机器人能够做到这一点是非常了不起的。STAR不仅完成了一次，而且完成了四次。并且在执行相同程序时表现优于人类，听起来觉得这样的机器人手术可能很快就会出现在手术方式选择栏上。

考虑到软组织手术的敏感性，这一点尤其值得注意。正如约翰霍普金斯大学机械工程助理教授 Axel Kreiger 在霍普金斯大学发布的新闻稿中指出的那样，这是一项需要外科医生适应能力强、思维敏捷以防出现并发症的手术。当然，机器人并不是天生就以其快速思考的能力而闻名。但由于其新颖的控制系统，STAR 无疑证明了这一规则的例外。

Krieger 说：“机器人吻合术是确保每位患者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的一种方法，而与外科医生的技能无关。” “我们假设这将导致患者护理的民主化手术方法具有更可预测和一致的患者结果。”

STAR 项目是霍普金斯大学电气和计算机工程教授 Krieger、Jin Kang 和华盛顿特区的国家儿童医院之间的合作。这个特殊的模型是他们 2016 年机器人的更新，它可以修复猪肠，但不能没有人工帮助。他们目前的迭代推进了2016 年的模型，该模型准确地修复了猪的肠道，但需要大切口才能进入肠道并需要更多的人类指导。

该团队为 STAR 配备了增强自主性和提高手术精度的新功能，包括专门的缝合工具和最先进的成像系统，可提供更准确的手术区域可视化。

随着医学领域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来提供帮助将非常重要。机器人吻合术是确保每位患者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的一种方法，而与外科医生的技能无关。这将导致患者护理的民主化手术方法具有更可预测和一致的患者结果。

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软组织手术对自主机器人来说尤其困难，因为它的不可预测性迫使机器人要快速适应以应对意外的障碍。STAR机器人在没有人类指导的情况下对猪的软组织进行了腹腔镜手术，这是朝着全自动人类手术迈出的重要一步。

坦白讲，更多自动化手术的想法听起来有点不切实际，但鉴于 STAR 的成功，我们持乐观态度。未来或将有多的自动化机器人进入医疗领域，不限于医生经验，提供一致性的手术诊疗，发挥其所具有的优势，器械之家将持续关注。

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