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( 二 ) 近幾年

連接腸道的兩端可謂是胃腸手術(shù)中最具挑戰(zhàn)性的一步，需要外科醫(yī)生以高精度和一致性對(duì)腸道進(jìn)行縫合，即使是手術(shù)中最輕微的手部顫抖或錯(cuò)位的縫線，均可能導(dǎo)致腸道內(nèi)分泌物的泄漏，為患者帶來(lái)災(zāi)難性的并發(fā)癥。
研究人員使用STAR在豬小腸上進(jìn)行體內(nèi)腹腔鏡自主手術(shù) 。術(shù)前，操作員通過(guò)圖形用戶界面啟動(dòng)STAR ，系統(tǒng)自主生成縫合算法并實(shí)施縫合任務(wù) 。在縫合過(guò)程中，操作員會(huì)在STAR執(zhí)行縫線計(jì)劃之前通過(guò)GUI對(duì)縫合步驟進(jìn)行微調(diào) ，但大部分工作流程都是以自主方式完成的。
在腹腔鏡手術(shù)期間，由于豬的呼吸和其他組織運(yùn)動(dòng)會(huì)導(dǎo)致手術(shù)目標(biāo)組織的運(yùn)動(dòng) ，給手術(shù)增加難度。為此，研究人員開(kāi)發(fā)了一種基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和近紅外攝像機(jī)反饋的機(jī)器學(xué)習(xí)算法，來(lái)跟蹤手術(shù)期間目標(biāo)組織的運(yùn)動(dòng) 。
Krieger說(shuō)：“軟組織手術(shù)對(duì)機(jī)器人來(lái)說(shuō)尤其困難，因?yàn)樗牟豢深A(yù)測(cè)性迫使它們能夠快速適應(yīng)以應(yīng)對(duì)意外的障礙。 STAR是一個(gè)新穎的控制系統(tǒng) ，可以像外科醫(yī)生一樣實(shí)時(shí)調(diào)整手術(shù)計(jì)劃。 STAR的特別之處在于，它是首個(gè)在軟組織中自主規(guī)劃、調(diào)整和執(zhí)行手術(shù)計(jì)劃的機(jī)器人系統(tǒng) ，且手術(shù)過(guò)程中人工干預(yù)最少。 ”
2縫合技術(shù)可與外科醫(yī)生相媲美
為檢測(cè)手術(shù)效果，研究人員對(duì)小豬進(jìn)行了為期1周的術(shù)后存活期監(jiān)測(cè) ，并進(jìn)行了有限的尸檢。生存研究結(jié)果表明， STAR系統(tǒng)可以在無(wú)泄漏吻合和管腔通暢等指標(biāo)上與專家外科醫(yī)生的表現(xiàn)相媲美，系統(tǒng)甚至表現(xiàn)出更高的一致性水平。

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圖注：體內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果（A：用STAR（n=4）和手動(dòng)腹腔鏡對(duì)照試驗(yàn)（n=1）操作的每個(gè)吻合口組織的代表性組織學(xué)例子；B)PMN細(xì)胞作為每個(gè)樣本的炎癥的代用指；C：尸檢時(shí)收集的吻合口的代表例子，用于STAR和對(duì)照測(cè)試。）
盡管該研究取得了突破性的進(jìn)步，但在手術(shù)技術(shù)和效果上還存在一定的局限性。如，機(jī)器人控制算法的成功實(shí)施取決于目標(biāo)組織在某個(gè)工作區(qū)域的可達(dá)性等因素， STAR機(jī)器人、手動(dòng)腹腔鏡手術(shù)和遙控達(dá)芬奇手術(shù)的比較是在幻影組織上進(jìn)行的，而體內(nèi)研究不可能使用基于達(dá)芬奇的測(cè)試臂。
研究人員表示，在未來(lái)的研究中，將集成和測(cè)試無(wú)標(biāo)記組織跟蹤技術(shù) ，將相機(jī)系統(tǒng)簡(jiǎn)化為內(nèi)窺鏡，并增加觸覺(jué)傳感器，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的自主性，加快機(jī)器人完成手術(shù)的時(shí)間。
盡管在復(fù)雜和不可預(yù)測(cè)的手術(shù)場(chǎng)景中無(wú)法消除人工監(jiān)督的作用，但STAR系統(tǒng)可有效降低由于醫(yī)生在醫(yī)學(xué)經(jīng)驗(yàn)和能力上的個(gè)體差異導(dǎo)致的手術(shù)風(fēng)險(xiǎn) ，并提高手術(shù)安全性和手術(shù)結(jié)果的一致性。
Krieger表示，隨著醫(yī)學(xué)領(lǐng)域朝著更多的腹腔鏡手術(shù)方法發(fā)展，擁有一個(gè)為此類手術(shù)設(shè)計(jì)的自動(dòng)化機(jī)器人系統(tǒng)顯得非常重要。 “機(jī)器人吻合術(shù)是確保每位患者都能以更高的準(zhǔn)確性和精確度執(zhí)行需要高精度和可重復(fù)性的手術(shù)任務(wù)的一種方法，而與外科醫(yī)生的技能無(wú)關(guān) 。我們假設(shè)這將導(dǎo)致患者護(hù)理的民主化手術(shù)方法具有更高的可預(yù)測(cè)和一致性。 ”
參考資料：
1.https://www.science.org/doi/10.1126/scirobotics.abj2908
【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】2.https://techxplore.com/news/2022-01-robot-laparoscopic-surgery-human.html

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