利用GPU实现自主机器外科手术

在你准备接受手术之际，希望是由技术高超、经验丰厚又双手稳定的医师来执行，或者是由一具有着这些条件的机器人来操刀。

位于美国华府国家儿童医学中心（CNMC）的研究团队正在让机器人外科医生自主进行软组织手术一事，以推动这个目标。

一只指引的“手”

早在1980年代中期便出机器人辅助手术，一支来自加拿大英属哥伦比亚大学的研究团队使用机器人来辅助进行一项整形手术。

三十年过去，我们在没有外科医生实际在场的情况下，由机器人负责进行更复杂手术的目标，还有一条很漫长的路要走。不过近期在 GPU 的辅助下进行手术，可使得手术更安全、让更多病患接受手术，同时也降低了手术费用。

CNMC 副主任医师，也是项目主研究员的 Peter Kim 说：“目标不是要舍弃外科医师，而是提供一个聪明的选项或解决方案，以提高他们的生产力和能力。”

就算是目前使用机器人来执行相对例行性的自主“软性手术”程序，外科医师还是会指导着机器人执行每个动作，代表在外科医师操控时机器人仍有着相当的限制。Kim 的团队则是投入更多心力，开发出一具能在软组织上自主执行更精密手术程序的机器人。

可执行程序精密程度达厘米以下的外科手术机器人

Kim 及其研究团队投入 NVIDIA 的 GeForce GTX TITAN GPU 等创新技术，开发出 Smart Tissue Autonomous Robot（智慧组织手术自主机器人，简称为 STAR）。STAR 的外型犹如人类手臂，使用 3D 光场摄影机和近红外线视觉能力，找出软组织上极为细微的地方，以达厘米以下的精密程度进行手术。

研究团队也使用腹腔镜缝合工具加入感应能力，让 STAR 在接触到软组织时能“感觉”到紧张和压力；并且团队运用外科医师执行复杂手术的知识和经验来设计机器人的程序。

他们日前在《科学转译医学》（Science Translational Medicine）期刊上发表研究成果。

本身也是乔治华盛顿大学医学院教授的 Kim 选择在猪只身上接合（缝合两段管状结构）肠子，以测试 STAR 的能力。

研究团队选择接合手术，原因在于这是一项全美一年要执行百万次，相当常见又复杂的手术，而且从未在无人类直接控制的情况下，单独由机器操刀。它就象是修理浇花水管，目标是紧密正常排列肠子，不会发生外漏的情况。

突破性的 STAR

STAR 并未顺利完成首项全自主机器人接合手术，不过它的缝合间隔相当一致，使得比起经验丰富的外科医生，有人监督的 STAR 自主机器人手术所实施的手术出现更好的结果。

“冷静来看，它不用很高的智慧就能完成。”Kim 说。

GPUs 是 STAR 自主机器人的核心，加快计算光场摄影机资料的速度，而这些摄影机用于捕捉场景散发出的光线信息，让 STAR 能实时认知到位置和追踪目标组织。

Kim 相信将更多感应、视觉和感知资料投入 STAR，以及运用平行处理等高超运算技术，STAR 最终会发展成为具备充足知觉能力和智慧，能随时随地执行各类手术的机器人外科医师。

Kim 说“它就象是自动驾驶车，我们从巡航操控、自主停车、车道警告、自主煞车开始，到最终的自动驾驶。目标是解救生命和预防意外。包括自主手术在内研究智慧手术技术的目的，跟自动驾驶技术并无不同。”

照片由国家儿童医学中心谢赫札耶德研究所提供。