人類需要多年的深入研究和穩定的手感才能完成手術，但藉助當今的人工智慧技術，機器人可能更容易掌握。約翰霍普金斯大學（JHU）和史丹佛大學的研究人員只需透過手術影片對機器人進行訓練，就能讓它像人類醫生一樣勝任一系列手術任務。

研究小組利用達文西手術系統進行這項研究。 這是一種機器人系統，通常由外科醫生用手臂進行遠端控制，操作器械完成解剖、抽吸、切割和密封血管等任務。 這類系統能讓外科醫師在手術台上更精確地控制和近距離觀察病人。 最新版本的成本估計超過200 萬美元，這還不包括配件、消毒設備或培訓費用。

工作中的達文西手術系統

利用一種稱為模仿學習的機器學習方法，研究小組訓練達文西手術系統自行完成外科手術中涉及的三個任務：操作針頭、提拉身體組織和縫合。 。

手術系統不僅能像人類一樣執行這些手術，還能學會糾正自己的錯誤。 「例如，如果針掉了，它會自動撿起來繼續。這不是我教它做的事情，”JHU 的助理教授阿克塞爾-克里格（Axel Krieger）說，他是論文的共同作者，該論文介紹了該團隊的研究成果，並在本週的機器人學習大會上進行了展示。

研究人員將模仿學習與ChatGPT 等流行聊天機器人所採用的機器學習架構結合，訓練出了一個人工智慧模型。 不過，這些聊天機器人是為處理文字而設計的，而這個模型卻能吐出運動學–一種用數字和方程式等數學元素描述運動的語言–來指揮手術系統的手臂。

機器人手術系統的每一步都需要人類外科醫師的指導，同時也能達到更高的精確度

該模型是利用達文西機器人手臂上安裝的腕式攝影機在手術過程中錄製的數百段影片進行訓練的。

研究小組相信，它的模型可以快速訓練機器人執行任何類型的外科手術，而且遠比手工編碼指導手術機器人行動所需的每一個步驟的傳統方法容易得多。

連接在機器人手術系統手臂上的”腕式”攝影機捕捉鏡頭，幫助訓練人工智慧模型

克里格認為，這將有助於使自動手術比我們以前所能想像的更快成為現實。 “這裡的新意在於，我們只需收集不同手術的模仿學習，就能在幾天內訓練機器人學會。”他說。 “這讓我們能夠加速實現自主目標，同時減少醫療失誤，實現更精確的手術。”

這可能是近年來機器人輔助手術領域最大的突破之一。 目前已有一些用於複雜手術的自動化設備，如Corindus公司用於心血管手術的CorPath系統。 不過，它們的功能通常僅限於幫助完成手術的某些步驟。為機器人系統的每個步驟編程可能非常緩慢，可能會花上十年的時間來建立縫合模型。

克里格之前也研究過一種不同的自動化外科手術方法。 2022年，他的研究團隊在JHU開發了智慧組織自主機器人，簡稱STAR。 在基於結構光的三維內視鏡和基於機器學習的追蹤演算法的引導下，機器人在沒有人工幹預的情況下將豬腸的兩端錯綜複雜地縫合在一起。

目前，JHU 的研究人員正在利用他們的模仿學習方法來訓練機器人，使其能夠完成完整的手術。 要看到機器人完全取代外科醫生的工作可能還需要很多年，但像這樣的創新可以使複雜的治療更安全，全球的病人​​更容易接受。