AI終于要對人類動刀子了！刷了1.6萬個視頻后，它自學掌握膽囊切除術

女主在感染外星寄生生物后，跑到一臺自動醫(yī)療機內接受緊急手術 （圖片來源：電影《普羅米修斯》截圖）

你知道嗎？手術機器人其實早已走入了人們的生活！

在過去的二十年里，經驗豐富的外科醫(yī)生，通過遙控機械臂來精準完成一個個手術動作，治療了無數病患。在這種人機協(xié)同中，機器人雖然作為一雙無比穩(wěn)定、永不疲勞的“超人之手”，發(fā)揮了至關重要的作用，但它始終聽命于人類，無法自己做主。

然而，現在這種局面可能要改變了。來自約翰斯·霍普金斯大學、斯坦福大學以及哥倫比亞大學的研究人員已經找到了方法，讓能獨立思考，自主手術的機器人外科醫(yī)生走入了現實。

“達芬奇”遠程手術機器人（圖片來源：維基媒體 Bernardo Fuller）

成功給死豬完成“膽囊切除術”

研究人員設計制造的這種機器人，名叫SRT-H。為了測試它的能耐，研究人員安排機器人自主進行膽囊切除手術（cholecystectomy）。這是一種最常見的微創(chuàng)手術之一，僅在美國，每年就要進行70多萬次。

當前情況下，手術的測試是在死豬的體內進行的。在具體的表現方面，SRT-H機器人做事非常有條理，它通過17個手術步驟，獨立、自主地完成了識別、夾閉、切割以及換工具等操作……在所有8次獨立的手術中，盡管操作時間略長于人類醫(yī)生，機器人的執(zhí)行準確率卻達到了驚人的100%。

選取要執(zhí)行的手術后，由電腦程序完全自主操作 （圖片來源：電影《太空旅客》截圖）

要知道生物體的器官往往十分緊湊，在狹小的空間內使用鋒利的工具，就好比舉著砍刀在掛滿絲綢的屋子里“跳舞”。稍有不慎，就可能造成膽汁的溢出或周圍組織的損傷！

更讓人難以置信的是，平均在每次手術中，機器人還會進行6次自我校正，就如同經驗豐富的主刀醫(yī)生，會在感覺下刀角度不妥時，及時停下來調整狀態(tài)一樣。

完全自主化的手術機器人不會像人類那樣因勞累、緊張而出現失誤 （圖片來源：電影《太空旅客》截圖）

看完16000個視頻自學手術

那么這個SRT-H機器人的訣竅是什么呢？原來，研究人員創(chuàng)新性地為機器人引進了一種基于語言引導的模仿學習程序（language-conditioned imitation learning）！這種程序可以讓機器人通過觀看手術錄像來學習，就好像人類醫(yī)生學醫(yī)的過程一樣！

為了讓機器人能夠快速進步，研究團隊“喂”給它超過16000個相關手術的案例，其中不光有表現出色的案例，也有在犯錯后及時補救的錄像。這些影片是通過被固定在機械臂“腕”部的攝像頭，以及從上方俯視的內窺鏡拍攝的，捕捉到的是工具與生物組織相互交互的特寫畫面。

在充分掌握了手術操作中的各種技巧后，機器人通過一種雙層級的AI大腦來運作。一個高級的大腦部分負責“規(guī)劃”，它會將需要進行的步驟分解成以自然語言呈現的指令。另一個較為基礎的大腦部分則只負責嚴格執(zhí)行指令，它負責規(guī)劃的，是指令對應的具體物理動作。

跨越式提升但仍有局限

工程師們習慣用一種“自主水平”（LoA）級別來評價機械的自主運作能力。目前已經被醫(yī)學界廣泛應用的“達芬奇”手術機器人就屬于這種LoA 0級別，也就是它根本沒有自主權。而這次研究的主角SRT-H則處于LoA IV，即擁有在人類監(jiān)督下的高度自主權。

可以看到，目前的SRT-H好像武俠小說中“頓悟”的武學奇才一樣，將機器人“行醫(yī)”的自主水平一下子從0提高到4（LoA達到5，即被認為是完全自主，無需任何人工介入)，做到了一個里程碑式的跨越。

SRT-H的出現，讓人們看到將頂級手術普及的希望 （圖片來源：維基媒體 Bernardo Fuller）

雖然自主型手術機器人SRT-H進步神速，但研究人員也承認其仍存在一些局限。

首先，目前的測試是在死亡的生物體上進行的。如果將來要在活體身上操作，還必須考慮諸如出血、生物的呼吸影響、不尋常的解剖結構以及攝像頭起霧等可能的意外情況的出現。

其次，當前機器人所使用的攝像頭還是太大了，無法進入某些位置觀察，一些操作器械的更換也仍需要人類輔助。

此外，由于人工智能在面對異常情況時普遍“不愛說不會”，容易“自作主張”。所以研究人員還希望為將來的手術機器人引入更加完善的“棘手情況”報警系統(tǒng)，以讓其在必要時求助和接受人工干預。

盡管距離真正的臨床部署或還需要數年時間。但這種獨立自主的外科醫(yī)生機器人的出現還是讓人們看到了一種前景。或許在將來，高水平的醫(yī)療資源將可能向偏遠和服務設施不完善的地帶普及，我們將突破人力、空間的限制，為更多的人提供頂級的外科服務。

作者：宋世超

策劃：劉穎 張超 李培元 楊柳審核專家：付昌義 南京工業(yè)大學副教授 江蘇省科普作家協(xié)會科幻專委會主任委員

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