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全球首例! STAR手術機器人自主完成豬腹腔鏡手術 無須人類導引



手術機器人在沒有人類指導的情況下,對豬的軟組織進行了腹腔鏡手術 — 這是機器人技術朝向人類全自動手術邁出的重要一步。由約翰霍普金斯大學研究團隊設計的智慧型組織自主機器人 (Smart Tissue Autonomous Robot;STAR), 登上了2022年01月26日發行的《Science Robotics (科學-機器人)》期刊。


近十年來外科手術機器人蓬勃發展,但多以輔助型手術系統為主。即便是全球頂尖的達文西手術機器人,也是由外科醫師控制機器人輔助進行手術,雖具有極高的精準性,但在實現自主手術上仍面臨相當大的挑戰。


該研究的通訊作者,約翰霍普金斯大學Whiting工程學院機械工程助理教授Axel Krieger說:“我們的研究結果顯示,我們可以將手術中最複雜和最精巧的步驟之一 — 重新連接腸道的兩端 — 自動化。STAR在4隻動物身上執行了該手術,而它的術後結果明顯優於由人類執行相同手術之效果。”


Krieger與華盛頓特區國家兒童醫院的合作者,以及約翰霍普金斯大學電子電算機工程教授Jin Kang合作,幫助創建了機器人,這是一種專門用於縫合軟組織的視覺導引系統。他們目前的迭代優化了2016年的模型,該模型雖能準確地修復豬的腸道,但需要大切口才能進入腸道,並需要人類更多的指導。


STAR機器人擅長腸道吻合術,這是一個需要高度重複移動和高精確度的手術。連接腸道的兩端可以說是胃腸手術中最具挑戰性的一步,需要外科醫生以極高精度和一致性進行縫合。即使是最輕微的手部顫抖或錯位的縫線,也可能導致洩漏,進而給患者帶來災難性的併發症。


該團隊為STAR配備了新功能,有更強化的自主性和改善後的手術精度,新功能包括專門的縫合工具和最先進的影像系統,可提供更準確的手術區域影像視覺。


STAR的特別之處在於,它是第一個自主規劃、調整和執行軟組織手術計畫,且人為介入最少的機器人系統。


Krieger說,軟組織手術因為其不可預測性,對機器人來說尤其困難,迫使它們要能夠快速適應各種狀況,以因應預期外的障礙。STAR有一個新穎的控制系統,可以像人類外科醫生一樣即時調整手術計劃。


Kang和他的學生開發以結構光為基礎的3D內視鏡,和以機器學習為基礎的追踪演算法,來指導STAR。Kang說:“我們深信,先進的3D機器視覺系統對於使智慧型手術機器人更聰明、更安全是不可或缺的”。


研究團隊比較了已開發的自主機器人系統、手動腹腔鏡手術和機器人輔助手術 (robot-assisted surgery;RAS) 的腸道吻合品質標準 — 包括針放置校正、縫合間距、縫合線咬合大小、完成時間、管腔通暢和洩漏壓力。來自模擬模型的數據顯示,STAR系統在一致性和準確性方面優於外科醫師的手動技術和RAS技術。這也在小豬腸道吻合術後的一週存活期研究得到印證。STAR系統可以在無洩漏吻合和管腔通暢等指標上,與外科醫師的表現相當,一致性的水準則優於外科醫師。


Krieger認為,隨著醫學領域在手術方面朝著腹腔鏡方法發展,擁有一個為此類手術設計的自動化機器人系統來提供幫助將非常重要。 “機器人吻合術是確保那些需要高精度和高重複性的手術步驟,在每位患者都能以更高的準確性和精確度執行的一種方法,而與外科醫師的技能無關。我們預期這將導致手術方法更加大眾化,且患者結果更可預測和一致。”




編譯: 陳玉芝

來源: https://www.science.org/doi/pdf/10.1126/scirobotics.abj2908

https://www.news-medical.net/news/20220127/Smart-Tissue-Autonomous-Robot-performs-laparoscopic-surgery-on-pig-soft-tissue-without-human-help.aspx

https://mp.weixin.qq.com/s/bVPx3h1sN-SLHiT1wurl6w



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