说到手术机器人，我们最先想到的恐怕是「达芬奇」手术机器人（da Vinci）。尤其是去年「达芬奇」制造商Intuitive Surgical公布的「达芬奇」缝葡萄皮视频，艳惊四座。更让人惊奇的是，在视频的最后，你会发现，原来整个缝合过程是在一个窄口瓶子里完成的。此时，你甚至能体会到Intuitive Surgical喷涌而出的自豪感，「这才叫微创手术！」

看完视频后的很长一段时间，我一直以为「达芬奇」就是下图那样的，是一个具备人工智能性能的自主手术机器人，整个手术中应该没有医生什么事儿。

「达芬奇」的床旁机械臂系统

后来我才发现，这只是「达芬奇」的三分之一，「达芬奇」实际上是由外科医生控制台、床旁机械臂系统、成像系统三分部组成。原来「达芬奇」是受医生控制的辅助性手术机器人（RAS），不是受人工智能等控制的！！全景是下图那样的。

外科医生控制台、床旁机械臂系统、成像系统全景

上图左边的两个医生不是在看显微镜，而是在操作「达芬奇」，他们操作的是外科医生控制台。他们看着视频采集器传送回来的人体内部影像，通过双手控制「达芬奇」的机械手臂完成一些列的高难度动作。实际上，「达芬奇」作为辅助性手术机器人，就是外科医生手的延伸，整台手术是在医生地操纵下完成的，「达芬奇」并不具备自主完成手术的能力。

上图是外科医生控制台的成像系统传回的监控视频，下图是医生的操纵杆。机械臂会根据手部的动作，完成各种各样的程序

虽然「达芬奇」是目前世界上最先进的软组织机器人手术系统，但是来自美国Children’s National Health System的研究人员认为，只有取代医生双手的自主手术机器人，才能提高手术的效率和安全性。这就是他们孜孜以求地研发自主手术机器人的原因。

STAR（Smart Tissue Autonomous Robot）软组织自主手术机器人，就是他们的研究成果。5月4日，美国Children’s National Health System的Peter C. Kim团队，将他们研发的自主手术机器人STAR公之于众，该研究成果刊登在著名期刊《科学转化医学》上(1)。Kim团队的研究成果一发表，就在业界引起轩然大波，因为这是全球第一台可以处理软组织的自主手术机器人。 

STAR（Smart Tissue Autonomous Robot）自主手术机器人

长期以来，关于自主手术机器人的研究之所以停滞不前，主要受制于两方面的技术限制。一是缺少能够在嘈杂的手术现场，区分和监测目标组织器官的可视化系统；二是缺少可以执行复杂手术任务的智能算法。

经过长达7年之久的探索和磨合训练，Kim团队整合了近红外荧光（NIRF）标记和3D光场成像技术，解决了成像问题。这套成像系统通过捕捉组织器官的光场信息，生成3D立体影像。有了这套成像系统，STAR就可以在整个手术过程中，准确而不受限制地监测目标组织的运动和变化。STAR就像就有了「眼睛」，它知道哪个组织是它手术的目标，哪个是不能碰的。（在《Science》的官网上，有一段视频，STAR的机械手臂可以随着目标组织的运动，做出调整，然后准确无误的找到目标组织：http://www.sciencemag.org/news/2016/05/video-robot-surgeons-make-big-advance）

同时，为了配合STAR的这套成像系统，Kim团队又自主创新的研发了一套智能算法。这套算法不仅可以制定手术方案，它还可以根据成像系统传回的信息，判断组织的变化，进而对手术方案作出调整。
此外，STAR还配备了「达芬奇」不具备的力感应系统和亚毫米级定位系统等设备。

为了研究STAR的效率和安全性，Kim团队在研究中将STAR与熟练的外科医生和「达芬奇」手术系统做了比较，实验中Kim团队选择了复杂性比较高的肠吻合手术。Kim说，他之所以选择在这个手术上一较高低，是因为每年美国有100多万患者需要做这个手术。如此看来，Kim在技术和市场布局上都做好了准备。

从Kim团队发表的研究论文来看，无论是在离体还是在活体的吻合术中，STAR都要明显优于熟练的外科医生和「达芬奇」手术系统。例如，STAR缝合的线路更加均匀一致，这有助于伤口的愈合，而且能够承受更高肠道内容物泄露的压力，这有效的降低了手术并发症的发生；STAR发生的错误也是最少的；因缝合导致的肠道腔体缩小，STAR的也在可接受的范围之内。

然而，STAR也有它不足的地方，在活体实验中，熟练的外科医生只需要8分钟就能完成的手术，STAR至少需要35分钟。但是Kim指出，尽管STAR速度不及人工，但是跟腹腔镜技术需要的时间大体相当。因此也在可接受范围之内。

Kim介绍，STAR将会在2年左右的时间进入临床，首先会介入胆囊和阑尾的切除手术。

Kim在接受IEEE Spectrum采访时意味深长地说，「现在无人驾驶车正走进我们的生活。无人驾驶车开始于自动泊车，紧接着它会告诉你不要走错道，现在它们已经可以自己跑了。同样的，虽然现在手术机器人只能给医生搭把手，但是迟早有一天它们会接手外科医生的工作。」

参考资料：
1.Shademan A， Decker RS， Opfermann JD， Leonard S， Krieger A， Kim PCW. 2016. Supervised autonomous robotic soft tissue surgery. Science Translational Medicine 8：337ra64-ra64