手术和手术机器人中的人工智能
人工智能正在将外科手术机器人从简单地反映外科医生双手的远程操作工具转向能够感知组织、引导器械甚至执行离散步骤的系统。
概述
The goal is steadier, more precise, more consistent operations with fewer complications.
深入探讨
当今的旗舰手术机器人，如 Intuitive 的达芬奇，是主从系统：外科医生在控制台上移动控制器，机器人在患者床边复制该运动，过滤颤抖和缩放运动以进行精细的工作。人工智能将感知和帮助分层。计算机视觉模型分析内窥镜的视频输入来标记解剖结构，在仪器靠近神经或血管时发出警告，并识别正在进行的手术步骤。智能组织自主机器人 (STAR) 等研究平台已在动物模型中自主缝合柔软、可变形的肠道组织，在一致性方面优于专家的操作。机器学习还挖掘数千个记录的手术，以量化手术技能并提供最佳培训实践技术。
技术洞察
外科人工智能融合了多种流：由卷积和变压器网络处理的立体内窥镜视频，用于分割和深度，来自机器人关节编码器的运动学数据，有时还包括用于突出血流的近红外荧光成像。困难的部分是可变形、闪闪发光、出血的环境，因此模型必须处理烟雾、遮挡和不断变形的组织。自主性按照 0 到 5 的等级进行评分，就像自动驾驶汽车一样；大多数临床系统处于 1 至 2 级（协助），而不是完全自主。
战略影响
背景与规则
行业背景决定了人工智能创意能否与现实接触。
质量控制
领域约束会影响可接受的错误率和监督模型。
构建选择
成功的部署使技术能力与一线工作流程保持一致。
人工智能在手术和手术机器人领域的未来
预计自主性阶梯将稳步攀升：肿瘤边缘和隐藏血管的实时 AR 叠加、跟随动作的自动摄像头控制，以及缝合或打结等重复子任务的监督自主性。新进入者（Medtronic Hugo、CMR Surgical Versius）推出的更便宜、更小的机器人将扩大市场准入范围。监管机构将要求严格的验证，外科医生将牢牢掌握指挥权，但例行步骤可能会越来越多地委托给经过审查、可审计的人工智能助手。
现实世界的实施
达芬奇系统可通过微小切口缩放和消除外科医生的手部动作，以进行前列腺切除术、子宫切除术和疝气修复术。
在 2022 年的一项研究中，自主 STAR 机器人使用机器视觉和跟踪系统缝合猪肠，比专家外科医生更均匀。
Theator 和 Touchurge 等计算机视觉工具会自动分段记录的操作，以标记关键的安全步骤并为培训提供客观的技能反馈。
由人工智能解析的吲哚菁绿近红外荧光可帮助外科医生在连接肠段之前确认健康的血液供应，以防止渗漏。
风险与防护栏
监管要求可能会使原本强大的原型失效。
历史数据可能会编码损害特定社区的偏见。
遗留系统可能会造成集成瓶颈和隐性成本。
实施路线图
让领域专家参与从问题框架到评估的整个过程。
在启动前设计审计跟踪和文档。
尽早验证合规性和安全义务。
分阶段推出，并具有明确的停止和回滚标准。
不断探索
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常见问题
What is AI in Surgery and Surgical Robotics?
人工智能正在将外科手术机器人从简单地反映外科医生双手的远程操作工具转向能够感知组织、引导器械甚至执行离散步骤的系统。目标是实现更稳定、更精确、更一致的操作，同时减少并发症。
当今最常见的手术机器人达芬奇主要是如何操作的？
达芬奇是一个远程操作的主从系统：机器人在患者一侧镜像外科医生的手部动作，缩放运动并过滤颤抖。外科医生始终保持控制。
STAR机器人在动物研究中展示了什么？
智能组织自主机器人（STAR）能够自主缝合猪体内的可变形肠道组织，产生比人类专家外科医生更均匀的缝合线，这是具有里程碑意义的监督自主性演示。
为什么手术环境对计算机视觉来说特别具有挑战性？
与刚性的工厂零件不同，手术组织不断变形，并且潮湿、反光，并且经常被出血、烧灼烟雾和器械隐藏，这使得可靠的分割和跟踪变得困难。
通常如何描述手术机器人的自主水平？
手术自主性按照 0 到 5 的等级进行分级，类似于自动驾驶汽车，从无自主性到完全自主性。如今大多数临床系统处于 1 至 2 级，提供帮助而不是独立行动。
在手术期间使用吲哚菁绿进行荧光成像的好处之一是什么？
吲哚菁绿在近红外光下发出荧光，显示血液灌注。人工智能可以帮助解释这一点，以验证组织（例如重新连接的肠段）是否具有充足的血液供应并降低渗漏风险。