圖片來源: GE Healthcare
人工智能輔助「手術(shù)機器人」
人工智能驅(qū)動的手術(shù)機器人是一種計算機操作設(shè)備，輔助手術(shù)中器械的操作和定位，使外科醫(yī)生能夠?qū)Ｗ⒂谑中g(shù)的復(fù)雜方面。
它們的使用減少了外科醫(yī)生在手術(shù)過程中的波動，幫助他們提高技能并在手術(shù)過程中表現(xiàn)得更好，從而獲得卓越的患者結(jié)果，并降低整體醫(yī)療保健支出。
在機器學(xué)習(xí)技術(shù)的幫助下，手術(shù)機器人通過瀏覽數(shù)百萬個數(shù)據(jù)集，識別關(guān)鍵信息和最佳實踐。Asensus Surgical開發(fā)的績效引導(dǎo)的腹腔鏡AI機器人，可以向外科醫(yī)生提供關(guān)鍵信息，例如組織的大小，而不需要物理卷尺。同時，對機器人進行編程是通過演示人類技能完成的；機器人的學(xué)習(xí)則是通過模仿外科醫(yī)生的手術(shù)操作進行的。
從演示中學(xué)習(xí) (LfD) 通過信息的累積，“訓(xùn)練”機器人獨立執(zhí)行新任務(wù)。在第一階段，LfD將復(fù)雜的手術(shù)任務(wù)拆分為幾個子任務(wù)和基本手勢。在第二階段，手術(shù)機器人按照識別、建模和執(zhí)行子任務(wù)的順序，為人類外科醫(yī)生提供從重復(fù)性任務(wù)中解脫出來的機會。
擴大自主機器人在手術(shù)中的使用，特別是讓機器人在微創(chuàng)手術(shù)中執(zhí)行任務(wù)，是一項艱巨的努力。JIGSAWS (約翰霍普金斯大學(xué)信息安全研究所手勢和技能評估工作集) 是第1個公共的基準(zhǔn)手術(shù)活動數(shù)據(jù)集，提供了該大學(xué)不同技能水平的外科醫(yī)生執(zhí)行的三項標(biāo)準(zhǔn)手術(shù)任務(wù)的運動學(xué)數(shù)據(jù)和同步視頻。
JIGSAWS分析的三項標(biāo)準(zhǔn)手術(shù)任務(wù)是縫合、穿針和打結(jié)。在執(zhí)行每項任務(wù)期間，手勢被識別的準(zhǔn)確率約為80%。研究結(jié)果雖然讓人抱有希望，但表明仍有改進的空間，特別是在預(yù)測不同外科醫(yī)生的手勢活動方面。
對于許多手術(shù)任務(wù)，強化學(xué)習(xí) (RL) 是一種常用的機器學(xué)習(xí)范式，用于解決難以建立精確分析模型的子任務(wù)，例如插管和軟組織操作。RL算法的形成基于從演示中學(xué)習(xí)到的策略，而不是從零開始學(xué)習(xí)，因此減少了學(xué)習(xí)過程所需的時間。
AI輔助手術(shù)舉例
人與機器人交互是讓外科醫(yī)生能夠通過非接觸式的方法操作手術(shù)機器人的領(lǐng)域。這種操作可以通過頭部或手部運動、語音識別、外科醫(yī)生的凝視來實現(xiàn)。
外科醫(yī)生已經(jīng)可以通過頭部運動來遠程控制腹腔鏡機器人。FAce MOUSe是一種人機界面，可以實時監(jiān)控外科醫(yī)生的面部運動，而無需任何身體接觸設(shè)備。腹腔鏡的運動由外科醫(yī)生的面部“手勢”簡單而準(zhǔn)確地控制，從而為各種手術(shù)操作提供人與機器人之間無創(chuàng)、不需要語言的合作。
圖源：Microsure
2017年，荷蘭馬斯特里赫特大學(xué)醫(yī)學(xué)中心在顯微手術(shù)干預(yù)中使用了人工智能驅(qū)動的機器人。該手術(shù)機器人縫合了一名受淋巴水腫影響的患者的0.03至0.08毫米的血管。這種慢性病通常是在治療乳腺癌期間由于積液導(dǎo)致腫脹而發(fā)生的副作用。手術(shù)中使用的機器人由Microsure制造，由一名外科醫(yī)生操作。他的手部動作通過“機器人手”，將動作變得更小、更準(zhǔn)確。手術(shù)機器人還用于修復(fù)外科醫(yī)生動作中的顫抖，確保人工智能驅(qū)動的設(shè)備正確地進行手術(shù)。
植發(fā)手術(shù)機器人使機器人能夠在AI算法的幫助下采集毛囊并將其移植到頭皮的精確區(qū)域。該機器人無需手術(shù)切除供體區(qū)域即可進行微創(chuàng)手術(shù)，并且無需毛發(fā)移植外科醫(yī)生在幾個小時的手術(shù)中手動提取毛囊，而且手動一次只能提取一個毛囊。
達芬奇心臟手術(shù)是機器人心臟手術(shù)，通過胸部非常小的切口，由機器人操作的器械和非常小的儀器進行切割。機器人心臟手術(shù)已被用于不同的心臟相關(guān)手術(shù)，例如冠狀動脈搭橋術(shù)、瓣膜手術(shù)、心臟組織消融、腫瘤切除和心臟缺陷修復(fù)。
Gestonurse是一種護士機器人，專門為外科醫(yī)生在手術(shù)室中處理手術(shù)器械而設(shè)計，目的是減少那些可能發(fā)生的對手術(shù)結(jié)果產(chǎn)生負面影響的錯誤。在普渡大學(xué)進行的模擬外科手術(shù)中，Gestonurse通過指尖識別和手勢推斷來操作所需的儀器，證明了其效率和安全使用。
原作者簡介：Liz Kwo博士現(xiàn)任安森保險Anthem副首席臨床官，她是一位醫(yī)療保健領(lǐng)域的連續(xù)創(chuàng)業(yè)者、企業(yè)家、醫(yī)生和哈佛醫(yī)學(xué)院講師。她獲得了哈佛醫(yī)學(xué)院的醫(yī)學(xué)博士學(xué)位、哈佛商學(xué)院的MBA學(xué)位和哈佛大學(xué)陳曾熙公共衛(wèi)生學(xué)院公共衛(wèi)生碩士學(xué)位。
