机器人通过观看视频就能学会熟练执行手术任务

借助在手术视频上训练的人工智能模型，一个机器人系统已经能够像人类一样熟练地成功执行复杂的手术任务
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人类进行手术需要经过数年的刻苦钻研以及拥有稳定的双手，但利用如今的人工智能技术，机器人学习做手术可能会更加容易。

约翰斯·霍普金斯大学（JHU）和斯坦福大学的研究人员仅通过手术视频训练，就让一个机器人手术系统能够像人类医生一样熟练地执行许多手术任务。

研究团队利用达芬奇手术系统进行了这项研究。该系统通常是由外科医生远程操控的机械臂系统，机械臂可操控器械执行解剖、吸取、切割和血管缝合等任务。此类系统能让外科医生拥有更高的控制能力、更精准的手术操作，并更清楚地观察手术台上的患者。据估计，最新版本的达芬奇手术系统售价超过200万美元，这还不包括配件、消毒设备或培训费用。


达芬奇手术系统在工作
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研究团队使用一种名为模仿学习的机器学习方法，对达芬奇手术系统进行了训练，使其能够自主完成手术操作中的三项任务：操控针、提起身体组织和缝合。来看一下。


外科手术机器人变形演示

该手术系统不仅能够像人类一样出色地完成这些任务，而且还学会了自我纠正错误。“比如，如果它掉了针，它就会自动捡起并继续操作。我并没有教它这么做，”约翰斯·霍普金斯大学助理教授阿克塞尔·克里格说道，他与团队共同撰写了一篇论文，并在本周的机器人学习大会上展示了该团队的研究成果。

研究人员结合模仿学习和类似ChatGPT等热门聊天机器人所使用的机器学习架构训练了一个AI模型。然而，虽然这些聊天机器人旨在处理文本，但该模型却会输出运动学（一种使用数字和方程式等数学元素来描述运动的语言）来指挥手术系统的机械臂。


机器人手术系统需要人类外科医生指导每一步操作，同时能够实现更高的精确度
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该模型是利用手术过程中安装在达芬奇机器人手臂上的腕部摄像机拍摄的数百段视频进行训练的。

研究团队认为，他们的模型可以快速训练机器人执行任何类型的手术，而且比传统的手动编码方法要容易得多，因为传统方法需要手动编码指导手术机器人执行手术所需的每一步。


机器人手术系统手臂上安装的“腕部”摄像头会捕捉画面，以帮助训练人工智能模型
约翰斯·霍普金斯大学/斯坦福大学

据克里格说，这有助于让自动手术比我们之前设想的更早成为现实。“这里的新颖之处在于，我们只需要收集不同手术过程的模仿学习数据，就可以在几天内训练机器人学会它，”他说。“这让我们能够加快实现自主手术的目标，同时减少医疗错误，实现更精准的手术。”

这可能是近年来机器人辅助手术领域最大的突破之一。目前有一些自动化设备可用于复杂手术，比如Corindus公司的CorPath心血管手术系统。然而，它们的功能通常仅限于其辅助手术的某些步骤。

此外，克里格指出，为机器人系统的每一步编写代码可能会非常慢。“有人可能会花十年来尝试为缝合术建模，”他说，“而且这还只是针对某一种手术的缝合术。”

此前，克里格也研究过另一种实现手术任务自动化的方法。2022年，他的研究团队在约翰斯·霍普金斯大学开发了智能组织自主机器人（Smart Tissue Autonomous Robot，简称STAR）。该机器人在结构光三维内窥镜和基于机器学习的追踪算法的引导下，无需人工干预即可精细地将猪肠的两端缝合在一起。

约翰斯·霍普金斯大学的研究人员目前正在利用他们的模仿学习方法训练机器人完成整台手术。距离我们真正看到机器人完全取代外科医生可能还需要数年时间，但像这样的创新可以使复杂的治疗手段更加安全，并让全球更多患者能够接受这些治疗。

来源: Johns Hopkins University