研究人员表示,在猪的小肠缝合手术中,机器人可能做得可能比外科医生还要好。
在没有人类的指导下,智能组织自治机器人(STAR)就能够十分准确地进行肠道的连接工作,与外科医生相比,机器人的缝合间距更加平均。
研究结果显示,我们能够创造一个智能机器人,该机器人具备自行完成整个手术的能力,目前,机器人技术在复杂机械零部件的组装、安全的飞机汽车驾驶等方面应用广泛,该研究的高级研究员Peter C.W. Kim 博士表示。
“我们假设,机器人能够智能、自主地由始至终的进行整个手术,”Kim 表示,他是一名儿科医生,也是华盛顿特区儿童国家卫生系统小儿外科创新研究所的副主席。
美国国家卫生研究院表示,目前,在很多外科手术中,都有机器人的参与,包括心脏搭桥手术,肾移植手术,前列腺切除手术,子宫切除手术和髋关节置换手术等。
然而,这些机器人具有灵动性却缺乏自主性、智能性,因为在手术过程中,这些机器人的行为是由外科医生们直接操控的,也就是说,在手术进行过程中,需要医生们坐在电脑前对机器人的行为进行控制。
“目前,你所见到的机器人,它仅仅是一个接受外科医生操控的电动工具,”Kim 解释道。“这类机器人不具备智能性。”
Kim 和他的同事们着手打造一个机器人,这个机器人可以在没有指导的情况下,进行手术操作。
在研究过程中,研究者们通过进行猪小肠的连接测试,用于检测该机器在手术过程中的智能性。在手术进行过程中,机器人在软组织环境中,进行了猪小肠的连接手术。
“该手术过程类似于将被切断的花园软水管进行拼接、缝合的过程。为了保障软管的运输功能,需要对其进行有效的拼接,”该研究的合著者 Ryan Decker 表示,他是一名高级机械工程师。
“在缝合过程中,我们希望缝合的间距一致,因为这能够让软管具有承受更多拉力的能力,同时也能够延长软管的使用周期,”Decker 表示。“我们都希望它能够承受较大的压力,至少能够保证软管内的压力增加时,软管不会泄漏。”
外科医生在锐视光电设备的帮助下,通过灵巧的双手、专业知识和手术经验等进行软管拼接手术,Kim 表示。他和他的同事准备将以上三方面融入到机器人的主机中,让其具备较高的智能性:
他们用红外视觉和3 D相机武装STAR机器人,这也就让机器人具备了比人类有更好的视野范围,能够更快速地在三维空间结构中进行定位工作。
STAR 机器人也是一个最好的微创外科手术工具,机器人能够通过压力传感器更好地控制缝合线的松紧程度。“在缝合过程中,线很难拉,”Kim 表示。
最后,在机器人的构建过程中,研究者们对其应用了最好的外科技术,争取让小肠更好地连接,“保障机器能够最好地完成手术任务,”Kim 表示。
在该项研究中,研究人员打开了猪的肚子,并将其小肠切成两段。然后分别由STAR 机器人和人类外科医生进行小肠的连接。
研究人员发现,即使外科医生在手术过程中接受了机器人助理或腹腔镜设备的帮助,但是 STAR 机器人的小肠连接效果明显优于外科医生。
研究人员发现,在小肠连接过程中,最佳的缝合线间隔能够更好地防止肠道“泄漏”风险。医生们十分重视手术的缝合效果,因为肠道泄露将会引发可怕的并发症。
Kim 表示,在时间方面来讲,与外科医生相比,STAR 机器人将手术时间大大缩短了40%左右。
“在一天的时间内,机器人不会疲劳,会始终如一地仔细对肠道进行缝合操作,”他表示。“手术的效果十分完美,并且所需时间较短。”
在经过一些程序微调后,STAR 机器人就可以应用于很多简单的手术过程中,如胆囊切除或阑尾切除术,Kim 表示。
“我们的目标并不是用机器人取代外科医生,但更好的医疗工具,更智能化的医疗设备,我们就能够给患者带来更好地治疗效果,”他表示,在手术过程中,外科医生会对机器人的操作和步骤进行监督。
该研究相关文章发表于5月4日的《科学转化医学》( Science Translational Medicine)杂志上。
纽约市威尔康奈尔医学院外科副教授 Rasa Zarnegar 博士表示,自动化医疗机器人能够“说走就走”,机动性极强。
“另外,在其他大型手术的缝合过程中,都可以应用机器人自动化系统,”Zarnegar 表示。“我并不认为这是牵强附会,因为机器人确实能够让手术效果更好。”
“自动化的机器人在将来会有一个更加广泛的应用前景,但从研发到应用过程中,还需要更多的大型研究数据的佐证,”他表示。
《华尔街日报》资深编辑 Megan Frisk 表示,“在整个手术过程中,没有人类的身影,由机器人全权负责,”的现实似乎即将实现。
“智能化机器人技术的发展不仅说明了一个机器人新时代的到来,还为减轻了肿瘤清除气道重建手术的并发症风险,” Frisk 表示。