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【洪存正專欄】自主機器人是未來的外科醫生

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文 / 洪存正

賈斯汀 ·D·奧普弗曼 (Justin D. Opfermann) 和 阿克塞爾·克里格 (Axel Krieger) 最新發表在《科學》(SCIENCE)期刊的<將高度自主的手術機器人引入診所>( Bringing highly autonomous surgical robotics to the clinic)指出,自主手術機器人是未來的外科醫生。他們有能力獨立於外科醫生的經驗和技能來標準化患者的治療結果,他們集成人工智能和靈巧的工具來比專家外科醫生更加一致和準確地執行任務,並且他們可以在沒有條件的環境中提供基本護理外科醫生可用,例如載人航天飛行。此類機器人將使醫療保健民主化,使優質手術無處不在,並最大限度地減少矯正手術的發生率,從而降低醫療保健成本。儘管大多數係統目前尚未獲得臨床批准,但它們肯定會在未來發揮作用。

一般來說,自主手術機器人根據各自的自主程度 (LoA) 進行分類,並結合了負責增加手術決策的算法。隨著自主水平的提高,機器人在手術中的作用以及與系統集成的人工智能數量也變得越來越複雜。例如,LoA 0(無自主性)達芬奇手術系統使用人類遠程操作,無需人工智能來執行手術,而 LoA 1(機器人輔助)EndoAssist 相機支架則使用算法來限制工具運動。為了獲得更高水平的自主權,外科醫生將控制權交給機器人,機器人使用人工智能來執行手術任務。在 LoA 2(任務自主)期間,機器人可以像達芬奇研究套件一樣,通過觀察學習來獨立切割組織,而 LoA 3(條件自主)智能組織自主機器人 (STAR) 使用 ML 來跟踪軟組織組織變形以執行縫合手術計劃。LoA 4(高度自主)和 LoA 5(完全自主)手術系統在當今的技術下尚不可行,但它們的開發即將到來。

在達到最高水平的自治之前,仍有一些技術、監管和社會挑戰需要解決。機器人需要更好地檢測、處理和響應手術領域不可預測的變化。這些挑戰在軟組織手術中將被放大,其中需要深度學習和人工智能來預測不斷變化的手術場景並對其做出反應。由此產生的技術將面臨更嚴格的監管審查,因為目前尚不清楚美國食品和藥物管理局 (FDA) 或其他地方的醫療設備監管機構將如何監管能夠行醫的系統。這些系統需要證明超越遠程操作的安全性和與臨床護理標準一樣好的功效。對於人工智能算法來說,這意味著靈敏度和特異性至少與專家外科醫生一樣好。社會壓力也可能會阻礙人工智能的採用,因為在醫學中使用人工智能普遍存在阻力。

為了建立公眾信任,自主機器人可能會採取逐步採用的方法,其中將逐步引入組織識別、內視鏡控制和縫合等自主子任務。然後,這些任務將被組合成一個完整的程序,為明天手術室的自主機器人手術鋪平道路。

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