從科幻走進現實：機器人手術的崛起

想像一下這樣的情景：你即將接受一項重要且精密的手術。你躺在手術臺上，等待被麻醉。手術室裡無菌且安靜。以往，你會看到護士和外科醫生為手術準備器材和器具，他們的動作忙碌卻熟練。但那些日子已經過去了。如今，你能看到唯一重要的工具——一臺造型流線、伸出機械臂準備動刀的機器人系統。你的外科醫生向你問好，解釋手術流程，然後離開你的視線，畢竟，在這場手術中，他們為何需要待在你身邊呢？

這聽起來或許像科幻故事裡的情節，但它大致勾勒出未來某些手術可能的模式。畢竟，機器人手術不再是遙不可及的可能性，它已然存在，且一段時間以來，一直在醫學領域掀起重大變革。而如今，新的系統正不斷研發，將其推向下一個階段。

儘管外科機器人聽起來像是未來主義的概念，但其實不然。事實上，這些先進機器以各種形式存在已有數十年之久。首個重大突破是Robodoc，它是一款在20世紀80年代末為人工髖關節置換術研發的骨科影像導航系統。不久之後，用於前列腺手術的泌尿科機器人Probot問世。與此同時，一些電腦輔助系統也陸續出現，用於協助神經外科手術。儘管這些系統嚴格意義上不算「機器人」，但它們無疑為這項不斷進步的技術做出了寶貴貢獻。

然而，當這些機器人被創造出來以協助外科醫生在手術室工作時，另一些機器人的設計目標更為宏大。早在20世紀60年代末的太空時代，一些外科醫生就開始構想能在數百或數千英里外為患者動刀的機器人。與此同時，也有人希望研發出能在戰場上進行開放手術的系統。很快，人們意識到機器人尤其適合進行腹腔鏡手術（微創手術），並能借助立體視覺、更靈活的操作，以及最重要的——減少手部震顫，提升外科醫生的手術表現。

於是，遠端手術應運而生。在接下來的幾十年裡，美國國家航空航天局（NASA）和美國陸軍探索了建造能遠端為患者動刀的機器的方法。

和大多數新技術一樣，這個想法很快傳入了民用領域。2001年9月，全世界見證了首例跨大西洋手術，紐約的外科醫生團隊為法國的一名患者進行了手術。這標誌著此類技術取得重大進展，但不幸的是，9·11事件的陰影淡化了這一成功訊息。

如今，機器人已成為世界各地醫院的一部分，著名的達文西系統是最常用的一款。據其製造商Intuitive Surgical稱，自21年前問世以來，這款手術機器人已在超過1000萬例微創手術中得到應用。

這些成熟的系統徹底改變了許多手術流程，尤其是腹腔鏡手術。它們使複雜的手術對患者而言更安全、更快捷，也讓患者能更快康復。但新一代的手術機器人即將問世，它們將在一些最精密的手術中，不同程度地實現自主操作。

近年來，人工智慧（AI）和機器學習在各個領域的逐步融合取得了重大進展。這一點在自動駕駛（無人駕駛）汽車領域或許最為顯著。這是一個廣泛的領域，本質上涵蓋了使車輛能感知周圍環境和障礙物，並即時做出反應的技術開發，有時甚至無需人類幹預。

如今，工程師和醫學界正試圖從這些技術中汲取經驗，並將其融入手術室。

約翰霍普金斯大學懷廷工程學院的博士生賈偉·葛博士向IFLScience解釋道：「我們對自主手術機器人的興趣源於對工業機器人的精準度以及自動駕駛技術進步的觀察。」他還表示，「相比之下，手術機器人的自主程度有限，尤其是在處理軟組織方面。」

「我們設計的自主手術方案旨在緊密複製人類外科醫生的決策過程，從觀察中學習、適應，並預先定義為逐步的工作流程。」

「我們也注意到目前手術流程的併發症發生率很高。儘管困難重重，但我們認識到自主手術在改善醫療成果方面的巨大潛力，於是投身於這一充滿挑戰卻又新穎的研究領域。」

葛博士與他的導師、機械工程助理教授阿克塞爾·克里格博士以及其他同事，一直與臨床團隊合作，尋找能解決實際臨床需求的專案構想。尤其希望研發出能完成一些最具挑戰性手術流程的機器人，也就是那些需要外科醫生數小時高度集中精神、易導致疲勞和倦怠的複雜手術。

2022年，該團隊使用了智慧組織自主機器人（STAR），它完成了世界上首例完全自主的腹腔鏡手術——將豬的小腸兩端連線起來。這一手術在四頭麻醉狀態下的不同豬身上重複進行了四次。團隊認為，機器人的表現比人類外科醫生更出色。

今年早些時候，同一團隊對其新的腫瘤切除自主系統（ASTR）進行了測試，該系統切除腫瘤的精準度可能超過了人類外科醫生。這是一種常見但極具挑戰性的手術，尤其是當腫瘤位於像舌頭這樣的敏感部位時。任何為舌頭進行切除手術的外科醫生都必須確保切除腫瘤和肉體中任何癌細胞痕跡，同時盡量減少對器官本身的整體損傷。

到目前為止，這些進展展示了自主機器人在手術領域的巨大潛力，但在這裡，「自主」究竟意味著什麼呢？以自動駕駛汽車為例，我們知道「自主」一詞含義廣泛，可應用於從輔助駕駛控制形式到完全無需人類參與任何決策過程的各種系統。那麼，這與手術機器人有何不同呢？

葛博士解釋道：「在目前使用STAR和ASTR的工作中，人工智慧協助進行醫學影像分析，相比傳統的電腦視覺技術，能更精準地定位手術目標。」 「我們設計的自主手術方案旨在緊密複製人類外科醫生的決策過程，從觀察中學習、適應，並預先定義為逐步的工作流程。」

重要的是，現有系統中人工智慧的使用並非獨立運作，也不會改變手術方案或其執行方式。

葛博士補充道：「它的角色是輔助性的，而非指令性的。在此背景下，『自主』意味著系統在嚴格的引數下執行，始終在經驗豐富的外科醫生監督下，必要時，外科醫生可立即停止手術並接管手動控制。」

這就是自主手術機器人與自動駕駛汽車的不同之處。儘管兩者都需要監管和管理，但前者面臨更多挑戰，原因在於美國食品藥品監督管理局等機構的嚴格審查，以及需要進行大量長期的動物和人體試驗。

因此，儘管STAR和ASTR等案例展現出了巨大前景，但這些系統的廣泛應用仍遙遙無期。不過，它們終究會到來。

葛博士解釋道：「自主手術技術的未來可能會遵循與自動駕駛類似的軌跡，從簡單到複雜的任務逐步推廣。」

「最初，機器人可能會協助手術流程的特定環節，最終承擔整個手術。一旦這項技術在醫院普及，患者將受益於始終精準的手術，不受個別外科醫生表現或疲勞的影響。外科醫生的負擔也會減輕，能更專注於關鍵的護理環節，最終提升手術效果和醫療服務質量。」

所以，儘管完全自主手術的時代尚未到來，但看來機器人已經在使手術對外科醫生和患者而言都更高效、更有效且更安全了。