您是否将身体委托给机器人外科医生？

外科医生迈克尔·斯蒂夫曼（Michael Stifelman）在病人腹腔闪闪发光的红色洞穴中，小心翼翼地引导两个机械臂在螺纹上打一个结。他用针控制了第三只手，在病人肾脏的缝线处缝合了肿瘤。另一个操纵器装有一个内窥镜，可将视频发送到Steifelman显示器。每个机械臂都通过5毫米宽的微小切口进入人体。

观看这个复杂的过程意味着惊叹于与串联机器人一起工作所能实现的目标。施泰尔曼（Styelman），机器人手术中心主任纽约大学的Langon用机器人进行了数千次外科手术，现在正在使用控制面板操纵机械手。转动手腕，将手指放在一起，他迫使乐器在体内重复相同的动作，只是幅度要小得多。 Steifelman说：“机器人与我同在。”他的机械附件又缠结了。

但是一些机器人观察到这些巧妙的动作，不会看到奇迹，而是失去了潜力。 Steifelman是一位训练有素的专家，在决策方面具有宝贵的技能和经验。但是他花了宝贵的时间进行缝合，在进行主要外科手术后进行了微调。如果机器人本身可以执行此单调的操作，则外科医生将可以腾出时间去做更重要的事情。



如今的机器人扩大了外科医生的能力；它们过滤掉手中的颤抖，使您可以用纤细的仪器（绰号“筷子”）进行最好的医生在腹腔镜检查时无法进行的动作。但是同时，机器人只是在人的直接控制下的一种更复杂的工具。泰坦医疗公司Robosurgeons的执行副总裁Dennis Fowler 认为，如果机器人能够独立自主，自主决策和完成分配的任务，那么医学会更好。 Fowler说：“这项技术改进将增加可靠性，并减少因人为原因而导致的错误数量。”在进入该行业之前，他曾担任外科医生32年。

给机器人这样的晋升并不是一个遥不可及的前景。大多数技术是在科学和工业实验室中积极开发的。在与人的橡胶模型一起工作时，实验机器人缝制并清理伤口，切出肿瘤。他们与人之间的一些竞争已经表明，机器人的工作更加准确和高效。上个月，华盛顿一家医院的机器人系统通过缝合从猪肠中获取的真实组织显示了这一结果。研究人员比较了自动机器人和外科医生的工作，发现机器人的针脚更均匀，更密，可以覆盖切口。

尽管这些系统完全没有为人类使用做好准备，但它们可能代表了外科手术的未来。这个话题很滑，因为它暗示着外科医生的工作量减少了。但是在手术室中，就像在一条装配线上：如果自动化能够改善结果，您将不会停止。



Gutan Ashrafian，一位切除消化系统部分以减轻体重的外科医生，伦敦帝国理工学院的一位教授，正在研究抢劫手术的结果他经常写到AI在医疗领域的潜力：“我一直都在思考，”他承认。他认为，电击枪手的到来是不可避免的，尽管如此，在选择配方时仍然要谨慎。在可预见的将来，Ashrafian希望机器人外科医生能够在外科医生的指挥下执行简单的任务。 “我们的目标是改善运营结果。如果使用机器人可以挽救生命并降低风险，那么我们将被要求使用这些设备。”

阿什拉夫安也展望未来：在他看来，下一代机器人很有可能会出现在医学领域，它们将能够使用真正的AI自己做出决定。这样的机器将不仅能够执行日常任务，而且还能够完全执行操作。根据Ashrafian的说法，这似乎不太可能，但是技术创新的道路可以引领我们前进。他说：“这是一个循序渐进的过程，每个小步骤都没有那么大。” “但是，1960年以来的外科医生今天对我的手术室一无所知。”我认为，在50年内，手术领域将有所不同。”

机器人外科医生已经比您想象的更频繁地做出决定和独立行动。当视力矫正一个自动系统切断角膜瓣并产生一系列激光脉冲以改变内层的形状。当替换膝盖时，机器人比人类外科医生更精确地切割骨头。在昂贵的植发诊所中，该机器人可以识别出头部健康的毛囊，收集它们并为植入物准备秃头的区域，并按照一定的方式在头部开一个小孔，从而节省了医生的许​​多常规时间。

胸部，腹部和骨盆区域的软组织手术仍然是一个问题。人们的解剖结构略有不同，并且自动机器人将必须非常了解软的内部组织和蛇形血管。此外，患者的内脏器官在手术过程中会移动，因此机器人将需要不断调整手术计划。

他还必须在危急情况下表现可靠。纽约大学外科中心证明了这一任务，在这里Steifelman释放了动脉夹钳，该钳夹在切除肿瘤期间阻止了血液流向肾脏。 “现在我们需要确保我们没有流血，”他说，控制着器官周围的内窥镜。大多数接缝看起来不错，但突然在屏幕上出现了一个红色喷泉。 “哇，你看见了吗？我们告诉另一个话题，”他告诉助手。通过快速缝线将线堵住，Steifelman可以完成操作。

对他来说，这是他日常工作的一部分，但是机器人外科医生如何应对意外情况？他的计算机视觉系统将需要识别他的血液喷泉中的一个严重问题。然后，决策者将不得不决定如何填补空白。然后，这些工具将开始工作，其中将包括针和线。最后，评估者将评估结果并确定是否需要采取其他措施。设置机器人以完美地执行所有这些步骤-测量数据，制定决策，采取行动和评估-是一项艰巨而艰巨的工程任务。

Steifelman现在在新泽西州的哈肯萨克大学医学中心工作，他使用da Vinci机器人在纽约大学进行了手术。这辆车是从公司来的Intuitive Surgical的费用高达250万美元，并且是美国唯一批准的软组织机器人系统。尽管达芬奇在市场上占主导地位，但其中有3600种设备已经在全球范围内运行。但是他的成功之路并不总是一帆风顺。病人由于手术台上的问题而起诉，一项研究声称这些事件并不总是报道。一些外科医生以在各种情况下对手术结果的研究相互矛盾为由，争论了外科医生在腹腔镜手术中是否能带来真正的好处。尽管存在这些争议，许多医院还是采用了Intuitive技术，并且许多患者都渴望使用它。

“达芬奇”完全由外科医生控制，他的塑料和金属制成的机械手保持静止不动，直到医生拿起遥控器上的操纵杆。正如公司高级系统研发部门的经理西蒙·迪马约（Simon Dimayo）所解释的那样，直观公司希望现在就这样离开。但是，他补充说，机器人专家已经接近了一个未来，在这个未来中，外科医生将在“越来越多的计算机帮助和指导下进行手术”。

Dimao将这方面的研究与早期的机器人车辆设计进行了比较。他指出：“第一步是识别标记，障碍物，汽车和行人。”然后，工程师创造了汽车来帮助驾驶员识别环境-例如，知道周围汽车位置的汽车可以在不希望有的时候尝试改变车道时警告驾驶员。为了向机器人外科医生发表同样的言论-警告一个人的器械偏离典型路径的人-必须变得更加聪明。幸运的是，许多汽车已经开始学习。

加州大学伯克利分校实验室一角的一名机器人外科医生目前还不能打结，但他已经缝得很好。当使用果肉模拟器时，一个操纵器会在“伤口”的边缘上绘制弯曲的黄色针。第二个拉出从“肉”出来的针以拧紧线。人的手不会引导它们，大脑也无法计算出它们的路径。然后，独立的机器人将针移回，一切重新开始。

在机器人继续工作的同时，看上去像是Muppets教授的肯·戈德堡（Ken Goldberg）在实验室里跑来跑去。伯克利大学自动化和工程研究实验室的负责人戈德堡（Goldberg）是四个领域的教授，其中包括电气工程和艺术领域，他以能够从机器人中获得惊人的成绩而闻名。在实验室的墙上挂着一张他早期的机器人画的肖像，他的脸和躯干被笨拙的蓝色和红色笔划所吸引。

到目前为止，机器人缝制的“肉”只是粉红色的橡胶。但是这项技术已经相当真实。 2012年，Intuitives开始将捐赠的达芬奇系统捐赠给世界各地大学的研究人员。而且，当戈德伯（Goldber）教他的达芬奇（Da Vinci）如何独立执行手术时，从理论上讲，相同的算法可以控制在活患者身上进行手术的真实系统。戈德伯格说：“目前，我们正在测试现场行驶，但是有一天，我们将驶上公路。”他认为，简单的操作将在未来10年内实现自动化。

为了完成自动缝合的任务，Goldberg da Vinci计算出每个针迹和针迹的最佳进入和退出点，并使用传感器和摄像头跟踪其运动。机针被涂成鲜黄色，以便计算机更好地识别它。而且任务仍然很困难。这项工作的公开结果表明，该机器人仅完成了创建四个针迹的程序的50％，通常第二个机械手无法抓住针头或将其缠在线程中。

这位教授澄清说，即使机器人学会了很好地执行简单的操作，他仍然认为有必要让活着的外科医生担任观察员。他看到“在监督下的自治”。他说：“外科医生仍然负责手术，但是手术的低级环节是由机器人执行的。”如果机器人以高精度和恒定的质量完成繁重的单调工作-“将缝纫机的工作与手动缝线进行比较”-将机器与人结合在一起可以创建一名超级外科医生。

根据Goldberg的说法，随着机器人开始自主学习，机器人将很快达到医院所需的质量。在上一个实验中为了通过观察进行训练，达·芬奇记录了八位不同级别的外科医生在机械手的帮助下进行了四针缝合的手术数据。学习算法提取视觉和运动学数据，将操作分为多个步骤（将针放置在针上，对针施加压力等步骤）以依次执行。因此，达芬奇原则上可以学习任何外科手术程序。



戈德堡坚信通过观察学习是唯一有效的方法。他说：“我们认为机器学习是当前最有趣的主题，因为自下而上创建算法是不可扩展的。”当然，任务很多，复杂的任务将需要机器人处理来自数千个操作的数据。但是足够的数据。每年，外科医生使用达芬奇进行50万例手术。如果他们将共享所有操作的数据（同时保持患者的隐私），允许AI学习怎么办？例如，每次外科医生使用辅助机器人成功缝合肾脏时，AI都可以改善他们对该程序的理解。戈德伯格说：“该系统可以提取数据，改进算法并解决问题。”我们在一起会更加聪明。”



手术室的自动化不必包括针头，手术刀或其他尖锐而危险的东西。两家将抢劫外科医师推向市场的公司已经开发出可自动移动的摄像头，从而为外科医师提供了方便的操作图片，仿佛在读他的思想。如今，使用达芬奇机器的外科医生仍然停下来移动相机或寻求助手。

TransEnterix来自莫里斯维尔（Morrisville）的公司，力求与达芬奇（Da Vinci）竞争，其Alf-X系统已经在欧洲上市。该系统包括内置在控制面板中的眼睛跟踪功能，并控制内窥镜-穿透患者身体的细光纤摄像机。当外科医生查看屏幕上的图像时，Alf-X会移动相机，使外科医生感兴趣的内容保留在屏幕中央。 TransEnterix技术总监Anthony Fernando说：“外科医生的眼睛变成了电脑鼠标。”

系统体育手术系统来自多伦多泰坦医疗公司（Titan Medical）的产品采用了另一种方法来实现图像自动化。该系统将小型相机引入体腔，然后根据外科医生仪器的位置旋转并对准目标。公司发言人福勒说，这种自动化是机器人外科医师便利的第一步。监管者很可能不会介意。福勒有信心，当该公司今年在欧洲和明年在美国提交批准其设备的申请时，摄像头系统不会提出任何问题。他说：“但是，如果自动化意味着计算机控制切刀，那么这样的系统将需要额外的测试。”



直觉正在等待主要竞争对手的挑战。美敦力作为全球最大的医疗设备制造商之一，该公司正在开发一种外科手术系统，但至今仍未告知任何人。谷歌去年联手与强生公司推出动词手术 -系统“的机器人的先进功能，”因为他们在新闻发布会上说。基于此类活动的分析师预测市场将会繁荣。WinterGreen Research 最近的一份报告称，全球腹部机器人市场（达芬奇及其竞争对手）将从2014年的22亿美元增长到2021年的105亿美元。

如果能够实现这一预测，并且机器人外科医师在手术室中变得司空见惯，我们自然会相信他们的任务越来越复杂。如果他们表明可以依靠它们，那么人类外科医生的作用就会发生巨大变化。有一天，外科医生将能够与患者会面并制定治疗方案，然后仅观察机器人如何执行其命令。

切除消化系统部分以减轻体重的外科医生Gutan Ashrafian说，专业人员愿意接受这些改变。他说，医学史表明外科医生“总是积极地提高其有效性”，并补充说他们准备接受任何有用的工具。“没有人已经用手术刀进行手术了，”阿什拉夫安讽刺地说。如果独立的机器人学会了足够好地执行手术任务，则相同的原理将起作用。为了追求完美，外科医生可能有一天可能会完全放弃手术。

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