全球首次！手術(shù)機(jī)器人自主完成豬體內(nèi)腹腔鏡手術(shù)，登Science子刊近幾年

近幾年，醫(yī)療市場(chǎng)對(duì)于手術(shù)機(jī)器人的需求持續(xù)增長，國內(nèi)外多家巨頭企業(yè)紛紛布局手術(shù)機(jī)器人市場(chǎng) ，達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人原一家獨(dú)大的壟斷局面逐步被打破。在資本的推動(dòng)下，手術(shù)機(jī)器人在技術(shù)上不斷取得新的進(jìn)展，胸腔和腹腔鏡手術(shù)機(jī)器人技術(shù)逐步成熟。
腔鏡手術(shù)機(jī)器人被譽(yù)為“醫(yī)療器械領(lǐng)域的航空母艦” ，是目前手術(shù)機(jī)器人領(lǐng)域系統(tǒng)極為復(fù)雜、技術(shù)難度極大、臨床與商用價(jià)值極高的研發(fā)方向之一。在腹腔手術(shù)中，由于目標(biāo)組織的進(jìn)入和可見度有限，加上呼吸運(yùn)動(dòng)造成的偽影干擾，手術(shù)難度極大。
近日，來自約翰·霍普金斯大學(xué)的一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)出一款智能組織自主機(jī)器人STAR ，該機(jī)器人在沒有人類指導(dǎo)的情況下，成功完成對(duì)一頭豬的軟組織腹腔鏡手術(shù) 。

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相關(guān)研究以“Autonomousroboticlaparoscopicsurgeryforintestinalanastomosis”為題，發(fā)表在科學(xué)期刊ScienceRobotics上。
該研究實(shí)現(xiàn)了使用智能組織自主機(jī)器人（STAR）執(zhí)行機(jī)器人腹腔鏡小腸吻合術(shù)所需的增強(qiáng)自主性，并且能夠在腹腔鏡下實(shí)施增強(qiáng)的全吻合自主操作，標(biāo)志著機(jī)器人技術(shù)向人類全自動(dòng)手術(shù)邁出的重要一步。

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圖注：機(jī)器人在沒有人類幫助的情況下對(duì)豬的軟組織進(jìn)行了腹腔鏡手術(shù)
該研究的作者之一、約翰·霍普金斯大學(xué)懷特工程學(xué)院機(jī)械工程助理教授AxelKrieger說：“我們的研究結(jié)果表明，我們可以將外科手術(shù)中最復(fù)雜、精細(xì)的任務(wù)之一實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化——重新連接腸道的兩端。 STAR在四只動(dòng)物身上進(jìn)行了手術(shù) ，明顯比醫(yī)生進(jìn)行同樣的手術(shù)效果要好。 ”
1首個(gè)在軟組織中完成吻合術(shù)的自主手術(shù)機(jī)器人
外科手術(shù)機(jī)器人的發(fā)展已有多年，但多以輔助型手術(shù)系統(tǒng)為主，如處于世界尖端水平的達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人，由外科醫(yī)生控制機(jī)器人輔助進(jìn)行手術(shù) ，系統(tǒng)雖具有極高的精準(zhǔn)性，但在實(shí)現(xiàn)自主手術(shù)上仍面臨相當(dāng)大的挑戰(zhàn) 。
自主軟組織手術(shù)要求手術(shù)機(jī)器人具備準(zhǔn)確可靠的成像系統(tǒng) ，從而檢測(cè)和跟蹤目標(biāo)組織，還需考慮軟組織變形給手術(shù)帶來的復(fù)雜度增加等因素，對(duì)機(jī)器人系統(tǒng)要求較高。腹腔鏡手術(shù)就是一個(gè)典型的應(yīng)用場(chǎng)景，由于目標(biāo)組織的進(jìn)入和可見度有限，加上呼吸運(yùn)動(dòng)造成的偽影干擾，導(dǎo)致手術(shù)難度極大。
在外科手術(shù)中，吻合術(shù)恰好是考察自主機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)進(jìn)行軟組織手術(shù)的一個(gè)合適場(chǎng)景。該手術(shù)的目的是將軟組織的兩個(gè)斷端接起來，恢復(fù)連續(xù)的生理結(jié)構(gòu) ，如胃腸道吻合術(shù)、輸卵管吻合術(shù)、肌腱吻合術(shù)等。在技術(shù)上，涉及腔結(jié)構(gòu)的近似和重建，對(duì)手術(shù)的可操作性和可重復(fù)性要求極高。
盡管現(xiàn)有的自主手術(shù)機(jī)器人已取得明顯進(jìn)步，但多數(shù)系統(tǒng)在復(fù)雜任務(wù)中仍表現(xiàn)出較低的自主性，對(duì)醫(yī)生的依賴性較高。
在該研究中， AxelKrieger等人設(shè)計(jì)了一款面向腹腔鏡手術(shù)場(chǎng)景的增強(qiáng)型自主STAR系統(tǒng) ，并配備了專門的縫合工具和最先進(jìn)的成像系統(tǒng) 。成像系統(tǒng)使用近紅外標(biāo)記，可跟蹤目標(biāo)組織縫合過程的起點(diǎn)和終點(diǎn) ，在手術(shù)過程中對(duì)血液和薄組織的閉塞具有較強(qiáng)的魯棒性，系統(tǒng)的自主性和手術(shù)精度得以增強(qiáng) 。

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圖注：加強(qiáng)自主腹腔鏡軟組織手術(shù)（A：STAR系統(tǒng)的組成部分，包括醫(yī)療機(jī)器人手臂、驅(qū)動(dòng)的手術(shù)工具以及雙通道近紅外和三維結(jié)構(gòu)光內(nèi)窺鏡成像系統(tǒng)；B：STAR的增強(qiáng)型自主控制策略的控制架構(gòu)）

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