機器人手術的未來
人類進行手術需要多年刻苦的學習和穩定的手，但隨著今天的人工智慧技術，機器人可能會更容易學會這項技能。
約翰霍普金斯大學 (Johns Hopkins University, JHU) 和史丹佛大學 (Stanford University) 的研究人員已經教會一個機器人手術系統，能夠像人類醫生一樣執行多種手術任務，這全靠訓練它觀看這些手術的影片。
這個團隊使用了一個名為達文西手術系統 (da Vinci Surgical System) 的機器人系統進行研究。這是一個通常由外科醫生遠程控制的機器人系統，擁有能夠操控工具進行解剖、吸引和切割等任務的手臂。這樣的系統讓外科醫生能夠對病人進行更精確的操作，並且能更清楚地觀察手術過程。最新版本的價格估計超過200萬美元，這還不包括配件、消毒設備或培訓費用。
研究團隊使用一種稱為模仿學習 (imitation learning) 的機器學習方法，訓練達文西手術系統自行執行三項手術任務：操控針頭、提起身體組織和縫合。讓我們來看看。
這個手術系統不僅能像人類一樣執行這些任務，還能學會自我修正錯誤。約翰霍普金斯大學的助理教授阿克塞爾·克里格 (Axel Krieger) 說：「如果它掉了針，它會自動撿起來並繼續。這不是我教它的。」
研究人員通過將模仿學習與流行的聊天機器人如 ChatGPT 的機器學習架構結合，訓練了一個人工智慧模型。然而，這些聊天機器人是為文本設計的，而這個模型則產生運動學 (kinematics) 的數據——這是一種用數字和方程式描述運動的語言，來指導手術系統的手臂。
這個模型是通過數百個從達文西機器人手臂上安裝的手腕攝像頭拍攝的手術過程影片進行訓練的。
研究團隊相信，他們的模型能夠快速訓練機器人執行任何類型的手術，這比傳統手動編碼每一步來指導手術機器人的行動要容易得多。
克里格表示，這可能會幫助自動化手術比我們之前想像的更快成為現實。他說：「這裡的新鮮事在於，我們只需收集不同手術的模仿學習，就能在幾天內訓練機器人學會。」他補充道：「這讓我們能加速達成自主目標，同時減少醫療錯誤，實現更精確的手術。」
這可能是近年來機器人輔助手術領域最大的突破之一。目前有一些自動化設備可用於複雜手術，例如 Corindus 的 CorPath 系統專門用於心血管手術。然而，它們的能力通常僅限於手術的某些步驟。
此外，克里格指出，為機器人系統編碼每一步可能非常緩慢。他說：「有人可能花了十年時間來建模縫合，而這只是針對一種手術的縫合。」
克里格之前也曾研究過自動化手術任務的不同方法。在2022年，他的研究團隊在約翰霍普金斯大學開發了智能組織自主機器人 (Smart Tissue Autonomous Robot, STAR)。這個機器人在結構光三維內窺鏡和基於機器學習的追蹤算法的指導下，精細地將豬腸的兩端縫合在一起，完全不需要人類介入。
約翰霍普金斯大學的研究人員目前正在利用他們的模仿學習方法訓練一個機器人執行完整的手術。雖然我們可能需要幾年才能看到機器人完全取代外科醫生，但像這樣的創新可能會使全球患者的複雜治療變得更安全和更容易獲得。
來源：約翰霍普金斯大學
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