自动缝伤口机器人面世，能在模拟皮肤上连续缝合六针
最近，一个经过人工智能训练的手术机器人学会了如何缝针，离帮助外科医生完成此类任务又近了一小步。
（来源：COURTESY OF KEN GOLDBERG）
美国加州大学伯克利分校的研究人员拍摄的一段视频显示，双臂机器人在一个假皮肤的简单伤口上连续缝了六针。它将针穿过“皮肤组织”，从一个机械手（臂）传到另一个机械手（臂），同时让线保持拉伸的状态。
尽管今天许多医生都得到了手术机器人的帮助，比如疝修补和冠状动脉搭桥手术，但这些机器人是用来协助外科医生的，而不是取代他们。
这项新研究标志着手术机器人领域的最新进展，它们在缝合等非常复杂的任务中能够更自主地操作。在其开发过程中学到的经验也可能对机器人领域的其他研究有所帮助。
“从机器人学的角度来看，这是一项非常具有挑战性的操作任务。”美国加州大学伯克利分校的研究员、研究该机器人的实验室主任肯·古德伯格（Ken Goldberg）说。
一个问题是，像针头这样有光泽或者会反射的物体可能会扰乱机器人的图像传感器。计算机也很难模拟皮肤和线这样“可变形的”物体在被戳和穿入时的反应。
人类可以轻易地将针头从一只手转移到另一只手，但在机械手之间转移针头，对机器人的灵活性是一个巨大的挑战。
该机器人使用一对相机拍摄周围环境。在神经网络上经过训练后，它能够识别针头的位置，并使用运动控制器来规划缝合过程中涉及的所有六个运动。
参与了该项目的医生兼研究员丹亚尔·费尔（Danyal Fer）表示，尽管我们离在手术室中使用这些机器人自行缝合伤口和器官还有很长的路要走，但能够实现部分缝合过程的自动化已经具备巨大的医疗潜力。
“手术中有很多工作。”费尔说，“通常情况下，缝合是你必须做的最后一项任务。”
这意味着医生在缝合时更容易疲劳，如果他们没有正确缝合伤口，可能意味着更长的愈合时间和许多其他并发症。
缝合是一项重复性很高的工作，因此古德伯格和费尔认为它很适合自动化。
古德伯格说：“把这项工作交给机器人，对医生来说很方便，但我们能证明这实际上能带来更好的结果吗？它能带来更好的缝合、更快的愈合和更少的疤痕吗？这些才是最重要的。”
这个问题还没有答案，因为该机器人的成功是有限制的。这台机器最好的记录是，在人类介入之前完成了六次完整的缝合，但在整个试验中，它平均只能完成大约三次。
在测试中，机器人只需要面对比较简单的平面伤口，而非肘部或关节等部位的复杂伤口。
此外，该机器人只在“假体”上进行了测试，这是一种在医学训练环境中常用的假皮肤，而不是在真的器官组织或动物皮肤上。
美国约翰斯·霍普金斯大学的研究人员阿克塞尔·克里格（Axel Krieger）认为，该机器人取得了令人印象深刻的进步，特别是在寻找和抓住针头，以及在机械手之间转移针头的能力方面。他没有参与这项研究。
克里格说：“这就像大海捞针。这是一项非常艰巨的任务，他们取得的成就给我留下了深刻印象。”
克里格（的实验室）是机器人缝合领域的领导者，他们采用了不同的方法。伯克利的研究人员使用了达芬奇研究工具包（da Vinci Research Kit），这是一个进行腹腔镜手术的共享机器人系统。
而克里格的实验室建立了自己的系统，名为智能组织自主机器人（STAR，Smart Tissue Autonomous Robot）。
2022 年一篇关于该系统的论文表明，它可以成功地在猪肠上完成缝合。这一点值得注意，因为机器人很难区分动物组织和血液样本中的颜色。
但 STAR 系统也受益于独特的技术，比如放置在组织中的红外传感器，可以告诉机器人该去哪里，以及专门构建的缝合系统。伯克利机器人被设计成“手工缝合”，使用了定制程度更低的达芬奇系统。
两位研究人员都有一份清单，列出了他们计划在未来向外科手术机器人发起的挑战。克里格想让外科医生更容易操作机器人，并训练它使用更小的缝合线。
古德伯格希望看到他的实验室机器人成功缝合更复杂的伤口，并更快、更准确地完成缝合任务。很快，该实验室将从模拟皮肤的测试转向动物皮肤。
鸡是首选。他说：“鸡很容易获得，我们可以直接去杂货店买一些（带皮的）鸡肉，不需要任何批准。”
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