ロボットが人間の補助なしで初の腹腔鏡手術を実施
ロボットが、人間の誘導する手を借りずに豚の軟部組織に対する腹腔鏡手術を行いました。これは、人間への完全自動化手術に向けたロボティクスの大きな前進です。ジョンズ・ホプキンス大学の研究者グループが開発した自律型ロボット Smart Tissue Autonomous Robot（STAR）は、Science Robotics誌で発表されました。
「私たちの結果は、外科手術で最も複雑で繊細な作業の一つである、腸の両端の再接合を自動化できることを示しています。STARは4匹の動物で手術を行い、同じ手術を行う人間よりも大幅に優れた結果を出しました」
ロボットは腸吻合で成功を収めました。この手術は、高度に反復的な動きと精度を必要とします。腸の両端をつなぐ工程は、消化器外科において最も難しい段階の一つであり、執刀医には高い精度と一貫性で縫合することが求められます。手の震えがわずかでも、縫合が不適切であれば漏出を招き、患者にとって壊滅的な結果になりかねません。
ワシントンD.C.の小児国立病院のスタッフ、そしてジョンズ・ホプキンス大学の電気・コンピュータ工学教授であるジン・カン氏と協力して、クリーガー氏は軟部組織の縫合に特化した、視覚誘導システムであるロボットを開発することができました。現在のバージョンは、豚の腸を正確に修復した2016年のモデルを発展させたものですが、腸にアクセスするために大きな切開が必要で、人間による誘導も多く必要でした。
チームは、自律性と手術精度を高めるために、縫合用の専用器具や、手術野のより正確な可視化を可能にする最新のコンピュータビジョンシステムなど、STARに新しい機能を搭載しました。
クリーガー氏によると、軟部組織の手術は予測が難しいため、ロボットにとって特に困難であり、予期せぬ障害物に素早く適応する必要があります。STARには新しい制御システムがあり、人間の外科医と同様に、リアルタイムで手術計画を修正することができます。
「STARを特別なものにしているのは、人間の介入を最小限に抑えて軟部組織における手術計画を立案、適応、実行する初のロボットシステムであることです」
STARは、カン氏と彼の学生たちが開発した、構造化光に基づく三次元内視鏡と、機械学習に基づく追跡アルゴリズムによって誘導されます。「高度な三次元machine vision システムは、インテリジェントな手術ロボットをより賢く、より安全にするために不可欠だと考えています」と教授は語りました。
クリーガー氏によると、医療が腹腔鏡的アプローチへと移行するにつれ、このような手術専用に設計された自動化ロボットシステムを持つことが重要になるとのことです。
「ロボットによる吻合は、外科医の技量に関係なく、高い精度と再現性が求められる手術作業を、すべての患者に対してより正確に行えるようにする方法の一つです。私たちは、これによって患者への治療がより民主化され、結果の予測可能性と一貫性が高まると考えています」
「自律型ロボット手術は、個々の外科医の技量や経験に左右されず、効率、安全性、一貫性を提供できます。自律吻合は、複雑な画像化、組織追跡、手術計画を必要とし、構造化されていない変形可能な環境において、容易に適応できる制御戦略によって正確に実行される、軟部組織手術の難しい課題です」と研究には記されています。
腹腔鏡下の状況では、動きと視野に制約がある中で、高い操作性と再現性が求められるため、このような手術はさらに難しくなります。
研究者の高度な自律戦略では、オペレーターが自律的に生成された手術計画の中から選択でき、ロボットは幅広い作業を自力で実行します。その後、高度な自律戦略を用いて、豚のモデルに対する腸吻合の自律ロボット腹腔鏡手術が、1週間の生存期間にわたって実施されました。
研究者らは、吻合の品質基準を比較しました。比較項目は、針の位置補正、縫合間隔、縫合サイズ、完了までの時間、内腔の開存性、そして開発した自律システム、手動の腹腔鏡手術、ロボット手術（RAS）における漏出圧力です。
ファントムモデルのデータから、開発したシステムは、一貫性と精度の点で、熟練外科医の手技やRASの手技を上回ることが示されました。これらの結果は、高度な自律性を備えた手術ロボットが一貫性を高め、患者の治療結果と標準的な手術技術へのアクセスを改善できることを示しています。
