一款经过真实手术视频训练的外科机器人，自主完成了胆囊切除术中的关键阶段。这款机器人能够在模拟患者身上首次独立操作，并在手术过程中根据团队提供的语音指令做出反应并学习，就像一名新手外科医生在导师指导下工作一样。
即使面对现实医疗紧急情况中常见的意外场景，这款机器人依然表现出色，展现了与熟练的人类外科医生相当的专业水平。尽管其操作时间比人类外科医生更长，但结果与专家水平相当。
这项由联邦政府资助、约翰霍普金斯大学（JHU）研究人员领导的工作，标志着外科机器人领域的一项变革性进展——机器人不仅能实现机械化的精准操作，还具备类似人类的适应能力和理解力。
“这一进步使我们从只能执行特定外科任务的机器人，迈向真正理解外科手术流程的机器人，”医疗机器人专家阿克塞尔·克里格（Axel Krieger）表示，“这是关键的区别，让我们离在混乱且不可预测的实际患者护理环境中部署临床可用的自主手术系统更近了一步。”
研究结果于今天发表在《科学机器人》（Science Robotics）上。
2022年，克里格团队研发的智能组织自主机器人STAR首次在活体动物身上完成了自主机器人手术——对一头猪进行了腹腔镜手术。然而，当时的机器人需要标记过的组织，在高度受控的环境下运行，并遵循严格的预设手术计划。克里格将其比喻为教会机器人沿着精心绘制的路线驾驶。
而他最新的系统则不同：“就像教机器人在任何道路上、任何条件下导航，智能应对遇到的各种情况。” 这一新系统名为“手术机器人转换器-层级结构”（Surgical Robot Transformer-Hierarchy, SRT-H），它能够实时适应个体解剖特征，即时决策并在出现问题时自我纠正。
SRT-H采用与ChatGPT相同的机器学习架构，还能通过语音交互接收指令（如“抓住胆囊头部”）和修正（如“将左臂稍微向左移动”），并从中学习反馈信息。
“这项工作代表了先前努力的重大飞跃，因为它解决了阻碍自主手术机器人在现实世界中应用的一些根本障碍，”论文第一作者金智雄（Ji Woong "Brian" Kim，音译）表示。他曾是约翰霍普金斯大学的博士后研究员，现任职于斯坦福大学。“我们的研究表明，AI模型可以被设计得足够可靠以实现手术自动化——这曾经看似遥不可及，但现在已证明可行。”
去年，克里格团队利用该系统训练了一个机器人完成三项基础外科任务：操控针头、提拉组织和缝合。这些任务仅需几秒钟即可完成。
相比之下，胆囊切除术要复杂得多，包含17个步骤，耗时数分钟。机器人必须精准识别某些导管和动脉，准确抓取它们，战略性地放置夹子，并用剪刀切断部分组织。
SRT-H通过观看约翰霍普金斯大学外科医生在猪尸体上实施胆囊切除术的视频来学习如何完成这项工作。团队还通过描述任务的字幕强化了视觉训练。在观看完视频后，机器人以100%的准确率完成了手术。
尽管机器人花费的时间比人类外科医生更长，但结果与专家水平相当。
“正如外科住院医师通常会以不同的速度掌握手术的不同部分一样，这项工作展示了逐步模块化开发自主机器人系统的潜力，”约翰霍普金斯大学外科医生杰夫·乔普林（Jeff Jopling）表示。他是论文的共同作者之一。
机器人在非统一的解剖条件下表现完美，甚至在面对意外变化时也能从容应对。例如，当研究人员改变机器人的起始位置，或添加类似血液的染料改变胆囊及其周围组织外观时，它依然能顺利完成任务。
“对我来说，这充分表明复杂的外科手术可以自主完成，”克里格说，“这是一个概念验证，说明模仿学习框架能够以如此高的稳健性自动执行复杂的程序。”
接下来，团队希望训练并测试该系统在更多类型的手术上的能力，并扩展其功能以完成完全自主的手术。
参与本研究的作者包括约翰霍普金斯大学博士生陈卓同（Juo-Tung Chen，音译）、访问研究生帕斯卡尔·汉森（Pascal Hansen）、斯坦福大学博士生史露西（Lucy X. Shi，音译）、本科生安东尼·戈尔登贝格（Antony Goldenberg）、博士生塞缪尔·施密加尔（Samuel Schmidgall）、前博士后研究员保罗·玛丽亚·谢克尔（Paul Maria Scheikl）、研究工程师安东·德古特（Anton Deguet）、外科研究员布兰登·怀特（Brandon M. White）、斯坦福大学助理教授切尔西·芬恩（Chelsea Finn），以及奥普托萨吉卡尔公司（Optosurgical）的德鲁·蔡（De Ru Tsai）和理查德·查（Richard Cha）。
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