Robot Surgeons are the Future of Medicine
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曾經，說到機器人就會聯想起它們冰冷機械零件，堆砌出的外表，生硬的機器語言，受人類操控為人類服務；現如今，人工智慧等技術賦予機器人以「個性」，一個個形態萬千，功能迥異的機器人，出現在了人們的日常生活中。
本文將聚焦醫療機器人領域，美國著名腫瘤外科專家、虛擬手術創始人Dr． Shafi Ahmed曾表示：「手術機器人替代外科醫生只是個時間問題，未來外科手術室裡，不會再有一群醫生，從早到晚有做不完的手術了。」
你知道麼？早在1985年，美國人就嘗試用Puma560工業機器人輔助進行腦組織活檢，這是手術機器人最初的雛形和探索；在80年代末90年代初，誕生了以RoboDoc外科手術機器人為代表的，專門用於手術的外科機器；
1994年，美國Computer Motion公司研製的伊索（Aesop）持鏡機器人，可以模仿人手臂功能，取消了對輔助人員手動控制內窺鏡的需要，實現比人為控制更精確一致的鏡頭運動，為醫生提供直接、穩定的視野（至2014年，外科醫師已經應用伊索機器人在全球做了超過7.5萬例次微創手術）；1999年1月9日，美國Intuitive Surgical公司發佈了達芬奇外科手術機器人系統，2000年被美國藥監局正式批准投入使用認證，成為全球首套可以在腹腔手術中，使用的機器人手術系統。
1994年，美國Computer Motion公司研製的伊索（Aesop）持鏡機器人，可以模仿人手臂功能，取消了對輔助人員手動控制內窺鏡的需要，實現比人為控制更精確一致的鏡頭運動，為醫生提供直接、穩定的視野（至2014年，外科醫師已經應用伊索機器人在全球做了超過7.5萬例次微創手術）；1999年1月9日，美國Intuitive Surgical公司發佈了達芬奇外科手術機器人系統，2000年被美國藥監局正式批准投入使用認證，成為全球首套可以在腹腔手術中，使用的機器人手術系統。
去年，一台名為STAR（Smart Tissue Autonomous Robot，以下簡稱STAR機器人）的醫療機器人問世，並且迅速佔據了更大科技媒體頭條，為什麼？因為它是全球第一台，可以自主處理軟組織的手術機器人，通過專門的算法程序自主完成操作，能避免手術中可能出現的人為差錯。這也標誌著外科手術無人化向前邁進了一大步。
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STAR自主手術機器人
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STAR機器人背景揭秘
STAR機器人是由美國華盛頓兒童國家健康系統（Children's National Health System）的Peter C.Kim團隊研發。經過長達7年之久的探索和磨合訓練，Kim團隊整合了近紅外線螢光（NIRF）標記和3D光場成像技術，解決了成像問題。
這套成像系統透過捕捉組織器官的光場資訊，生成3D立體影像。
這套成像系統透過捕捉組織器官的光場資訊，生成3D立體影像。
有了這套成像系統，STAR就可以在整個手術過程中，準確而不受限制地，監測目標組織的運動和變化。STAR就像就有了「眼睛」，它知道哪個組織是它手術的目標，哪個是不能碰的。
為了配合STAR的這套成像系統，Kim團隊又自主創新的研發了一套智慧算法。這套算法不僅可以制訂手術方案，它還可以根據成像系統傳回的資訊，判斷組織的變化，進而對手術方案作出調整。
STAR機器人將自主完成手術全過程，醫生並不參與操控，只需要站在旁邊監督。為了應對緊急情況，醫生可以隨時暫停機器人的工作。
它已經做了兩次豬腸縫合手術，一次在活體外，一次在活體內，均取得成功。在2017智慧機器人與系統國際學術會議（IROS 2017）上，STAR研發團隊，展示了STAR機器人最新的研究結果：相比起專業的外科醫生，機器人也能夠更精確地切開組織，對周圍的組織損傷也更小。
STAR機器人的「豬肉組織切割實驗」
美國馬里蘭大學機械工程學院副教授Axel Krieger參與了這項研究，他說：「我真的相信機器人做手術，是外科的發展趨勢。」
為開展研究，研究人員到肉店買了豬的三種組織：豬皮、脂肪和豬肉。在比較STAR機器人和外科醫生做手術之前，首先有必要證實STAR機器人，能夠精確切割這三種不規則軟組織，因為這些軟組織彈性大，滑動性大，切割時極易產生誤差。
STAR機器人在做手術時，會跟隨預先划定的切割路徑，同時不斷調整切割角度，來適應組織切割時產生的各種阻力。
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圖片來源：Justin Opfermann＆ Ryan Decker攝
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研究人員事先在組織上做好小標記，這些標記會顯示在機器人的近紅外線相機上，從而幫助機器人完成視覺追蹤。因此，研究人員也稱STAR為半自動機器人。Axel Krieger稱：「做好標記後，機器人便可自動完成腫瘤切割手術。」
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圖片來源：Justin Opfermann＆ Ryan Decker攝
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經證實STAR機器人能夠完成切割手術。Axel Krieger及其同事，已讓STAR機器人，和外科專家進行對比實驗，共同完成過一台豬皮組織切割手術。
機器人和外科醫生，需在豬皮組織上完成5釐米長的直線切割。手術的評判標準是手術切線，與給定長度的標準切線之間的偏離程度，以及其切口周圍受損皮膚的面積。評判結果為：與醫生相比，STAR機器人的切口長度更接近5釐米，與標準切線的偏離程度更低，因而受損皮膚的面積更小。
試驗的最後階段，研究團隊讓STAR機器人，從豬的脂肪層中，切除一個黏土製成的人造腫瘤。人造腫瘤上附有薄層組織，增加了機器人辨識腫瘤的難度。
研究人員預先標出腫瘤的邊界，然後引導STAR切除邊界，周長為四毫米的人造腫瘤。結果，機器人又一次完成了精準切割，為癌症病人帶來了希望。
研究人員預先標出腫瘤的邊界，然後引導STAR切除邊界，周長為四毫米的人造腫瘤。結果，機器人又一次完成了精準切割，為癌症病人帶來了希望。
Axel Krieger稱：「下一步將訓練STAR機器人，處理複雜的三維形態的腫瘤，這將需要新型相機進行視覺追蹤，以及更加精密的手術規劃軟體。」
跟外科醫生搶飯碗的機器人會越來越多
現在，外科醫生通常用手術筆，標記腫瘤邊界，也可以很容易轉向使用紅外線標記法，引導機器人完成手術。此外，如果醫生想讓STAR機器人完全自己完成手術，STAR機器人可從CT和MRI影像中獲取資訊，確定腫瘤位置。由此可見，STAR將成為手術室「新星」。
STAR機器人研發團隊認為，醫療機器人的理念，和自動駕駛汽車相同——不是因為我們不會開車，而是因為我們想減少交通事故的發生。機器人可以精準穩定地操作一切，無需休息，大大提高治療效率，縮短病人的等待時間，提高就醫效率。
伴隨著人工智慧的發展和系統器械的完善，手術機器人將進一步功能細化，大到機體外科手術，小到傷口消毒縫合，實現專科化、專項化。
這樣一來，既降低了研發成本和難度，加快了迭代更新的頻率，又減少了生產成本，繼而降低了病人看病的成本，可以又快又好地實現醫療無人化。
這樣一來，既降低了研發成本和難度，加快了迭代更新的頻率，又減少了生產成本，繼而降低了病人看病的成本，可以又快又好地實現醫療無人化。
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