近些年，诊疗销售市场针对手术智能机器人的要求稳步增长，世界各国好几家大佬公司陆续合理布局手术智能机器人销售市场，达.芬奇手术智能机器人原一家独大的垄断性局势逐渐被摆脱。在资金的促进下，手术智能机器人从技术上持续获得新的进度，胸骨和腹腔镜手术手术自动化技术逐渐完善。

内窥镜手术智能机器人被称作“医疗设备行业的航母”，是现阶段手术智能机器人行业系统极其繁杂、技术水平巨大、临床医学与商业使用价值很高的研制方位之一。在腹部手术中，因为总体目标机构的进到和能见度比较有限，再加上呼吸运动导致的伪影影响，手术难度系数巨大。

近日，来源于罗伯特·圣路易斯大学的一个研究精英团队设计方案出一款智能化机构自主智能机器人 STAR，该机器人在沒有人们具体指导的情形下，取得成功进行对一头猪的软组织腹腔镜手术手术。

有关研究以“Autonomous robotic laparoscopic surgery for intestinal anastomosis”题写，发布在科学期刊 Science Robotics 上。

该研究完成了应用智能化机构自主智能机器人（STAR）实行智能机器人腹腔镜手术结肠切除术需要的提高自主性，而且可以在腹腔镜手术下执行提高的全符合自主实际操作，意味着自动化技术向人们自动式手术迈开的关键一步。

图注：智能机器人在沒有人们协助的情形下对猪的软组织开展了腹腔镜手术手术

该研究的创作者之一、罗伯特·圣路易斯大学怀特工程学校机械自动化终身教授 Axel Krieger 说：“大家的研究结果显示，我们可以将普外手术中最繁杂、细致的目标之一完成自动化技术——再次联接肠胃的两边。STAR 在四只小动物的身上开展了手术，显著比医师开展一样的手术实际效果好些。”

1 第一个在软组织中进行切除术的自主手术智能机器人

普外手术智能机器人的发展趋势已经有很多年，但多以輔助型手术系统为主导，如处在全球顶尖水准的达.芬奇手术智能机器人，由外科医师操纵智能机器人輔助开展手术，系统虽具备较高的准确性，但在完成自主手术上仍遭遇非常大的考验。

自主软组织手术规定手术智能机器人具有精确靠谱的三维成像系统，进而检验和目标跟踪机构，还需考虑到软组织形变给手术产生的复杂性提升等要素，对智能机器人系统规定较高。腹腔镜手术手术便是一个典型性的应用领域，因为总体目标机构的进到和能见度比较有限，再加上呼吸运动导致的伪影影响，造成手术难度系数巨大。

在普外手术中，切除术正好是调查自主智能机器人手术系统开展软组织手术的一个适合情景。该手术的目地是将软组织的2个断线接起來，修复持续的生理结构，如消化道切除术、输卵管吻合术、肌腱吻合术等。从技术上，涉及到腔构造的类似和复建，对手术的可执行性和精确性规定极高。

虽然目前的自主手术智能机器人已获得显著发展，但大部分系统在繁杂每日任务中仍主要表现出较低的自主性，对医师的依赖感较高。

在该研究中，Axel Krieger 等人设计方案了一款朝向腹腔镜手术手术情景的加强型自主 STAR 系统，并配置了专业的手术缝合专用工具和最现代化的三维成像系统。成像系统应用近红外光谱仪标识，可目标跟踪机构手术缝合全过程的出发点和终点站，在手术全过程中对血浆和薄机构的阻塞具备很强的可扩展性，系统的自主性和手术精密度得到提高。

图注：加强自主腹腔镜手术软组织手术（A：STAR系统的构成部分，包含诊疗机器人手臂、推动的手术专用工具及其双通道内存近红外光谱仪和三维结构光电子内窥镜三维成像系统；B：STAR的加强型自主控制方法的操纵构架）

联接肠胃的两边可谓是肠胃手术中最有趣味性的一步，必须外科医师以高精密和一致性对肠胃开展手术缝合，即使是手术中最轻度的手臂发抖或移位的缝合线，均很有可能造成肠胃内分泌物增多的泄露，为病人产生毁灭性的病发症。

研究工作人员应用 STAR 在猪小肠上开展身体内腹腔镜手术自主手术。手术前，操作工根据图形界面设计运行 STAR ，系统自主转化成手术缝合优化算法并执行手术缝合每日任务。在手术缝合全过程中，操作工会在 STAR 实行缝合线方案以前根据 GUI 对手术缝合流程开展调整，但绝大多数工作内容全是以自主方法进行的。

在腹腔镜手术手术期内，因为猪的呼吸系统和其他组织锻炼身体的话造成手术总体目标机构的健身运动，给手术提升难度系数。因此，研究工作人员开发设计了一种根据卷积神经网络和近红外摄像头意见反馈的机器学习算法，来追踪手术期内总体目标机构的健身运动。

Krieger 说：“软组织手术对智能机器人而言特别是在艰难，因为它的不可预见性驱使他们可以迅速融入以解决出现意外的阻碍。STAR 是一个创新的操纵系统，可以像外科医师一样即时调节手术方案。STAR 的独到之处取决于，它是第一个在软组织中自主整体规划、调节和实行手术方案的智能机器人系统，且手术全过程中人工控制至少。”

2 手术缝合技术性可与外科医师相提并论

为检验手术实际效果，研究工作人员对仔猪开展了历时 1 周的手术后生存期检测，并开展了不足的验尸。存活研究结果显示，STAR 系统可以在无渗漏符合和管腔顺畅等指标值上与权威专家外科医师的主要表现相提并论，系统乃至呈现出更好的一致性水准。

图注：身体内试验結果（A：用 STAR（n = 4）和手动式腹腔镜手术对比实验（n = 1）实际操作的每一个符合口机构的象征性病理学事例；B) PMN 体细胞做为每一个样版的发炎的代换指；C：验尸时搜集的符合口的表示事例，用以 STAR 和对比检测。）

虽然该研究获得了开创性的发展，但在手术技术性和实际效果上还具有一定的局限。如，智能机器人控制系统的取得成功执行在于总体目标机构在某一工作中地区的可进入性等要素，STAR 智能机器人、手动式腹腔镜手术手术和遥控器达.芬奇手术的较为是在幻影机构上实现的，而身体内研究不太可能应用根据达.芬奇的检测臂。

研究工作人员表明，在未来的研究中，将集成化和检测无标识机构追踪技术性，将照相机系统简单化为电子内窥镜，并提升触感感应器，进一步提高系统的自主性，加速智能机器人进行手术的時间。

虽然在繁杂和不能预估的手术情景中没法清除人力监管的功效，但 STAR 系统可合理减少因为医师在医药学实践经验和工作能力上的个别差异造成的手术风险性，并提升手术安全系数和手术結果的一致性。

Krieger 表明，伴随着医药学行业向着大量的腹腔镜手术手术方式发展趋势，有着一个为该类手术设计方案的自动化技术智能机器人系统看起来特别关键。“智能机器人切除术是保证每一位病人都能以更好的精确性和精准度实行必须高精密和精确性的手术每日任务的一种方式，而与外科医师的专业技能不相干。大家假定这将造成病人医护的民主制手术方式具备更多的可预估和一致性。”

参考文献：

1. https://www.science.org/doi/10.1126/scirobotics.abj2908

2. https://techxplore.com/news/2022-01-robot-laparoscopic-surgery-human.html