誰更擅長做手術：有經驗的外科醫生還是機器人？

通常，外科醫生必須在手術過程中做出相對較大的切口，而機器人的小器械則可以適應較小的切口。鑒于機器人系統的這一優勢，外科醫生現在很常見使用遠程控制的機械臂來執行手術 —— 將經驗豐富的人類的精度與小型機械臂的最小侵入性結合起來。然而，在這些情況下，外科醫生仍然需要控制機器人，在精準度方面優于外科醫生的全自動機器人系統尚未實現。

然而，最近的一項進展表明，機器人在不久的將來或可展示超越人類的性能。在5月10日《IEEE自動化科學與工程學報》上發表的一篇論文中，一個多國研究團隊報告了一項研究的結果，其中機器人能夠以與經驗豐富的外科醫生相同的精度完成常見的手術訓練任務，同時更快速、更一致地完成。

韓國大邱慶北科學技術院助理教授Minho Hwang參與了這項研究。他指出，許多機器人系統目前依賴于電纜的自動控制，電纜受到摩擦、電纜耦合和拉伸的影響，所有這些都會使精確定位變得困難。

Hwang解釋說：“當人類控制機器人時，他們可以通過人類的視覺反饋進行補償。但由于［這些］位置誤差，機器人輔助手術的自動化非常困難。”

在他們的研究中，Hwang和同事采用了標準的da Vinci機器人系統，這是一種用于機器人輔助手術的常見模型，并在其機械臂上戰略性地放置了三維打印標記。這使團隊能夠使用顏色和深度傳感器跟蹤其運動。然后，他們使用機器學習算法分析了手臂的運動。結果表明，訓練后的模型可以將平均跟蹤誤差減少78%，從2.96毫米減少到0.65毫米。

接下來，研究人員對他們的系統進行了測試，測試對象是一位經驗豐富的外科醫生，他進行了900多次手術，以及九名沒有手術經驗的志愿者。研究參與者被要求完成peg轉移任務，這是一項針對培訓外科醫生的標準化測試，涉及將六個三角形塊從釘板的一側轉移到另一側，然后再轉移回來。雖然任務聽起來很簡單，但它需要毫米級別的精準度。

研究參與者使用da Vinci機器人系統完成了三種不同的peg任務：單側（使用一只手臂移動一個peg）、雙側（使用兩只手臂同時移動兩個peg）和雙側交叉（使用一支手臂拿起peg，轉移到另一只手臂，并將peg放在板上）。他們的機器人輔助性能與Hwang團隊設計的全自動機器人系統進行了比較。

使用一只手臂，外科醫生在速度方面優于自動機器人。但在涉及雙臂的更復雜任務中，機器人的表現優于外科醫生。

例如，對于最困難的任務（雙側切換），外科醫生的成功率為100%，平均轉移時間為7.9秒。機器人的成功率相同，但平均轉移時間只有6.0秒。

加州大學伯克利分校電氣工程和計算機科學系教授Ken Goldberg也參與了這項研究。他說：“我們對機器人的速度和準確性感到非常驚訝，因為它很難超越訓練有素的人類外科醫生的技能。我們還對機器人的一致性感到驚訝；它完美地轉移了120次，沒有一次故障。”

Goldberg和Hwang指出，這是在受控環境下進行的初步研究，要實現全自動機器人手術，還需要更多的研究。但據他們所知，這是機器人在與手術相關的訓練任務中表現優于人類的第一例。

Hwang說：“我們已經證明，對于一項涉及已知形狀的剛性物體的手術任務，快速而準確的自動化是可行的。下一步是在其他任務和更復雜的人體環境中演示這一點。”

他說，在未來的工作中，該團隊計劃將其方法擴展到自動化手術子任務，如組織縫合，并希望在其校準、運動規劃、視覺伺服和錯誤恢復方法的基礎上進一步發展。