只需要少量的指導,機器人外科醫生就可以在實驗室和活體動物的手術中縫合豬的腸管。這類手術特別困難,因為軟組織可以彎曲和彎曲,但有必要進行一些輓救生命的手術。研究人員聲稱他們的機器人可以媲美甚至超過人類醫生的安全性和精確度。
在發表在《科學轉化醫學》上的研究中,研究人員警告說,他們的新方法只是概念的證明,需要更多的發展。他們需要提供證據證明他們的技術對人來說足夠安全,即使在那裡他們也可能面臨困難。在醫院使用多年的機器人手術技術仍然被批評為不比非機器人方法更安全,但更昂貴。研究人員說,未來人類和機器人將有各種方式協同工作,以利於患者的安全,但最終目標是一臺完全由自己操作的機器
自動化機器人可能是太空手術的完美選擇
“以埃隆·馬斯克先生為例,”論文的主要作者彼得·金說計劃去火星18個月,然後18個月反過來!”在記者招待會上,金問,如果馬斯克或其他宇航員需要緊急手術,會發生什麼?答案可能是自動手術機器人。
當然,現在還沒有準備好迎接黃金時間。”“這是一個非常具有挑釁性的想法,我認為它有很大的潛力,”威爾康奈爾醫學院外科副教授**·扎爾內加告訴《邊緣報》但這項研究規模非常小(而且)絕對沒有描繪出現實生活中的情景。”
<**all> STAR in action, getting to grips with some pig intestinal tissue. (Image Credit: Carla Schaffer / AAAS) </**all>美國國家兒童研究所和約翰霍普金斯大學的研究人員說,這種自動化外科醫生的關鍵在於先進的視力。就像好萊塢電影中使用的面部跟蹤技術一樣,這種機器人被稱為“智慧組織自主機器人”(Smart Tissue Autonomous robot)或“明星”(STAR),它使用標記跟蹤肉體的運動。在這種情況下,這些熒光點被註射到豬的組織中,由一組攝像機跟蹤並對映到一個三維模型上。利用過去手術的資料(只有“最好的”,Kim說)編譯的計算機軟體然後決定在這個3D模型上縫合的位置。該系統允許機器人在組織彎曲和彎曲時跟蹤組織,即使在人體“非常均勻、無紋理的環境”中也能看到跟蹤器。這就是說,機器人可以透過正常手術的所有血液和血跡看到標記物。不過,目前這些圓點仍需人工操作。
星際機器人是部分自主的-人類仍然認可每一針
恆星系統的其餘部分是圍繞著德國工業機器人**商庫卡的機械臂建造的。手臂配有七個旋轉軸,末端裝有縫合裝置。它就像一根用來撿垃圾的抓取棒,但是底部有一個小的彎曲的針,它像紡車一樣旋轉來縫合紙巾。一個力感測器提供針推的力度反饋,計算機顯示器跟蹤手術的進展。儘管星形系統決定了每一條縫線的位置,但人類外科醫生必須批准每一條縫線,必要時手動重新定位縫線。在這些測試中,恆星系統大約有60%是自主的,但是研究人員說他們過於謹慎了“我們就像父母帶著一個即將走路的小孩,”金說我們仔細地看了看。”
這臺明星機器人的技術是在一頭豬的腸道材料上測試的,在一個實驗中縫合了一個縱向切口,在另一個實驗中縫合了兩段管子(這一過程被稱為吻合)。第一個實驗是在實驗室裡進行的,管子固定在安全帶裡,而第二個實驗是用一頭活的、麻醉的豬重覆進行的。該機器人的縫合質量和生產防漏腸管的能力被評價,然後與其他三種基於人類的方法進行比較。首先,人類醫生使用定期開放的手術工具;二是使用鎖孔手術工具;第三,使用達芬奇——一種完全由人控制的機械繫統,用於絕大多數機器人手術。在每種情況下,組織都是由第三方準備縫合的。
<**all> STAR getting a helping hand from a supervisor. (Image Credit: Carla Schaffer / AAAS) </**all>總的來說,星型機器人產生的縫線比其他三種方法中的任何一種都要均勻。“這是縫線強度的一個很好的標誌,”該研究的助手Axel Krieger說,因為不一致的間距會導致壓力點。這些反過來又會導致洩漏。”克裡格在一次記者電話採訪中說:“這個過程就像把一根被割斷的花園軟管組裝起來。”[你要有足夠的強度,這樣當壓力增加時,花園裡的水管就不會漏水。”
機器人的表現和人類操作員一樣好或更好
在第一個實驗中,當目標組織在縫線之間移動以模擬真實手術時,STAR系統能夠跟蹤目標組織。與達芬奇和鎖孔手術方法相比,機器人的縫合位置也需要更少的修正。在這方面,它做得和人類做常規開放手術一樣好。當比較縫合的腸子(那些漏水的花園軟管)的強度時,星際系統的成品腸管和人類外科醫生的一樣好,在測試中能夠承受相同或相等的壓力。最後一次測試的主要缺點是,這個系統明顯比人類慢,儘管它的創造者再次將這一事實歸因於他們自己的謹慎。”“我們可以非常非常快地執行機器人,”克裡格說但在這項研究中,我們真正關註的是任務和結果,所以我們沒有盡可能快地完成任務。”
不過,星系還沒有準備好穿上緊身衣進入急診室。所進行的實驗在範圍和數量上都是有限的(上一次試驗中只有四個,而只有一個對照),並且在嚴格控制的條件下進行。Zarnegar指出,在不使用機器人外科醫生的情況下,這類手術的失敗率不到1%,因此這項研究的樣本量並不能真正反映潛在的危險。”我認為你需要更大的研究來證明自動化系統可以做得更好。另一位機器人外科專家Naeem Soomro告訴《邊緣報》說,這篇論文“質量非常高”,但這類系統在外科手術中使用可能還需要10年時間。”但歸根結底,這一切都是為了病人的安全,如果我們能以更少的併發症做更好的手術,我們就應該這樣做。”
<**all> Dr Shadman and Ryan Decker during supervised in vitro bowel anastomosis. (Image Credit: Axel Krieger)</**all>不過,過去的機器人手術形式並沒有那麼直接地帶來好處。研究表明,2000年被FDA批准使用的達芬奇系統(davinci)是目前市場上的領頭羊,儘管花費更大,但它在某些手術中的併發症發生率與傳統手術相似(有了附加裝置,一個單獨的系統的成本可能超過200萬美元。)患者還起訴機器人**商直覺外科公司,稱其未能充分培訓醫生操作達芬奇。
微創外科專家阿諾德·阿文丘拉說,類似這樣的事件可能讓星空系統更難迅速獲得批准。”在某些方面,今天的機器人平臺給我們的監管機構留下了一點不好的印象,”他告訴《邊緣報》,指出一家醫療機器人公司transinterix最近的手術機器人被食品和藥物管理局拒絕了FDA不再只是分發這些東西了。不過,他仍然相信,自動化的外科手術將在未來被納入常規的外科手術中——機器人將不是唯一的外科醫生,但它們肯定會成為手術的一部分。
自動駕駛汽車可以拯救生命;自動手術也可以做到這一點
星空的創造者們也很自信。他們說,他們利用現有的技術,如庫卡機械臂,意味著他們的機器人可以更快地用於臨床。他們還擁有多個STAR系統的專利,並建議未來他們可能會與“有經濟利益的合作伙伴”交談。不過,下一步是更多的案例研究和實驗,以找出自動化系統的優缺點。Kim建議,由於他們已經嘗試縫合組織,下一個挑戰應該是移除一些東西。”能夠證明你能做一個關鍵的手術,比如闌尾切除術,將是非常有價值的。
研究人員比較了機器人手術和自動駕駛汽車的潛力。在這兩種情況下,我們可能會對把控制權交給機器的想法感到不安,但如果結果是人員傷亡減少,為什麼要抱怨呢?”同樣的邏輯也適用於外科技術。他補充說,在未來,人類外科醫生可能會接受機器人的命令,或者他們可能會並肩工作。他說,無論哪種方式,如果能輓救生命,都值得探索。
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