新机器人外科医生在切除癌性肿瘤方面可能比人类更好

新的手术系统可能会开创癌症精准手术的新时代。

该系统可以从舌头上切除肿瘤，其精度相当于甚至可以与人类手术技能相媲美。 

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科学家们开发了一种新型机器人外科医生，可以从极其脆弱的位置切除癌性肿瘤，即使对于最有经验的人类外科医生来说，这也具有挑战性和风险。

切除癌性肿瘤（称为切除术）的过程的目的是保留尽可能多的健康组织，同时去除癌细胞以防止它们再次返回或扩散。即使在最好的情况下，这也是一项具有挑战性的手术，但当受影响的区域是颈部、头部或其他脆弱区域时，更是如此。

即使对于最有经验的外科医生来说，这也可能是一项紧张的任务，而且加上疲劳、倦怠和视觉障碍带来的精神和身体障碍，即使是最稳定的手也可能难以正确执行。

但这个问题可能很快就会成为过去。也就是说，新的 ASTR（肿瘤切除自主系统）是否与此有关。 ASTR 由约翰·霍普金斯大学的一组研究人员设计，用于在舌头等脆弱部位进行切除。据其创造者称，机器人外科医生切除肿瘤的准确性可以与“甚至可能”超过人类外科医生相媲美。

怀廷工程学院机械工程助理教授阿克塞尔·克里格在一份声明中说：“进行具有精确边缘的切除是一项超级困难的任务。”

“这些手术大部分都是希望，甚至是一些猜测。许多外科医生都为此苦苦挣扎。我们的目标是使这些程序更加精确。 ”

在这种情况下，精确度是 5 毫米（0.2 英寸）的健康组织，这是外科医生尝试切除的癌组织的标准数量。这 5 毫米的组织大约与铅笔末端的典型橡皮擦或标准结婚戒指的厚度一样厚，足以确保癌细胞被清除，同时限制对周围区域造成的损害。

由于癌性肿瘤的边缘通常具有非常明显的水平边界，但垂直边界不太明显，这一事实使这一挑战变得更加复杂。

“我们从许多与我们合作的外科医生那里听到的问题是，精确切除肿瘤非常困难，”克里格补充道。 “外科医生会拿一把小尺子，观察 5 毫米的距离，并标记出两侧的边缘。但要深入到多深——这太困难了。 ”

尽管术前准备极其细致周到，但5毫米的边界却是一个“盲区”。

“挑战在于，由于周围组织的原因，外科医生无法直接接触肿瘤，”博士生兼团队成员葛嘉伟说。 “他们可以看到肿瘤的表面，但只能看到健康的组织。地图就在外科医生的脑海中。 ”

为了测试 ASTR，研究人员转向了舌头。由于舌肿瘤的表面可及性和当前在实验手术中的使用，舌肿瘤是测试这种新手术系统的绝佳案例。虽然这种情况很罕见，但您可能听说过它影响了一些名人，例如迈克尔·道格拉斯和埃迪·范·海伦——后者的手术不成功。

研究人员利用猪舌头组织，利用 ASTR 的真空抓取和切割工具切除了肿瘤，并精确切除了 5 毫米的健康组织。他们连续进行了六次切除，ASTR 每次都成功，不需要任何中断——该团队能够将人类指导转化为机器人的精确度。

“医生可以监督机器人并提供手术前输入，然后机器人一步一步地执行，”克里格解释道。 “我们展示的是，外科医生可以使用标尺获得非常好的水平边缘，但在深度边缘上，我们的机器人确实显示出改进。 ”

新的机器人外科医生基于他们为智能组织自主机器人 (STAR) 开发的技术，该机器人于 2022 年进行了首例完全自主的腹腔镜手术，即连接肠道两端的手术。

该团队开发了 STAR 的技术工作，以创建 ASTR 的自主双臂视觉引导机器人系统。

“我们之前曾派机器人做过切口，但这是我们第一次进行大块切除并将肿瘤完全取出，”克里格说。 “这是这里的一大新奇之处。 ”

ASTR 的下一步是对肾脏等内脏器官进行手术。这将需要不同的方法和挑战来接近肿瘤。通过将 ASTR 的精确度与最先进的成像技术相结合，肿瘤切除的新时代有望即将到来。

“他们已经在临床实践中大量使用机器人，所以这并不是一个巨大的范式转变，”克里格总结道。

该研究发表在 IEEE 机器人与自动化快报上。