z-bio 2025-07-16 2792

　　上周，Science 旗下机器人领域顶刊《Science Robotics》最新一期封面文章发表重磅成果：约翰霍普金斯大学团队的手术机器人 SRT-H（Hierarchical Surgical Robot Transformer），独立完成了 8 例胆囊切除术的关键步骤，成功率 100%！

　　有网友问道：“外科医生要被取代了？”

　　外科医生er表示：一点不慌……

　　值得注意的是，SRT-H 并非从硬件层面完全创新，而是基于直觉外科公司的 da Vinci Si 手术机器人改装的 da Vinci Research Kit（dVRK）Si 双机械臂系统。

　　其核心突破在于软件与人工智能架构：通过语言引导的模仿学习框架，从人类手术视频中 “学习” 流程，并依托分层控制体系实现自主决策 —— 简单来说，它像一位 “机器人外科医生”，既能理解手术情景，又能自主规划并执行动作。

　　分层控制与语言驱动的 “外科思维”

　　这篇研究面临的难点堪称 “层层关卡”。

　　首先，真实手术中的组织在外观、解剖结构和形态上存在巨大差异，比如胆管和动脉的直径、长度、间距等都可能不同，这对机器人的感知能力是极大考验。

　　那么，SRT-H 是如何突破这些难点的？其核心创新在于分层架构与语言条件模仿学习的结合。

　　其高层（HL）控制模块类似 “指挥官”，基于与 ChatGPT 同源的大型 Transformer 模型，能以自然语言生成任务指令（如 “夹闭胆囊管”）和纠正指令（如 “左移机械臂重新夹取”）。这些指令不仅规划手术步骤，还能在低层执行出错时实时纠错。低层（LL）控制模块则像 “执行者”，接收语言指令后生成具体运动轨迹，控制机械臂完成抓取、夹闭、切割等精细操作。

　　这种设计的巧妙之处在于语言的 “桥梁作用”：语言不仅是高低层沟通的媒介，还为人类干预提供了直观接口 —— 医生可随时用自然语言调整操作，而这些干预会通过 DAgger 风格的循环被系统 “记住”，用于持续学习优化。

　　更难得的是，SRT-H 仅依靠普通 RGB 图像训练，无需深度传感器或复杂分割模块，大大降低了临床转化的硬件门槛。

　　SRT-H 表现如何？

　　SRT-H 在 8 个全新离体猪胆囊上自主完成了所有 17 项任务，成功率达 100%，平均每例手术约 5 分 17 秒，还能自主纠正约 6 次错误。对比其他变体，比如没有高层 DAgger 数据或缺少腕部相机的版本，SRT-H 在成功率和恢复能力上都显著更优，这印证了分层设计和腕部相机的重要性。

　　17 步精准操作如何实现？

　　在胆囊切除实验中，SRT-H 执行的是手术中最关键的阶段 —— 将胆囊从肝脏分离并切除，包含 17 个连续步骤，每一步都体现着自主决策的精准性：

　　识别解剖结构：通过内置摄像系统，机器人能根据组织颜色、形态差异，自动定位胆囊与肝脏的分界、胆囊管、动脉等关键结构，哪怕不同样本的胆管直径、动脉间距差异显著，也能准确识别。

　　精准抓取与牵引：按照手术规范，机械臂用抓钳抓住胆囊底部并提拉，拉紧组织以暴露管道和血管。若初始抓取位置偏差，机器人会自主调整重新定位，确保牵引稳定 —— 这一步需要精细的双手协调，类似人类医生 “左手固定、右手操作” 的逻辑。

　　闭合血管与管道：机器人需在胆囊管和动脉的特定位置放置 6 个钛夹。它严格遵循手术规范，依次在正确位置夹闭，每放一个夹子都会通过视觉验证位置，若偏差则立即调整，确保 “不夹错、不遗漏”。

　　剪断与摘除胆囊：夹闭完成后，机器人操纵微型剪刀沿预定切口线分离胆囊与肝脏，过程中实时监测周围组织，避免伤及肝脏等邻近结构。最终，胆囊被完整游离，整个过程无需人工介入。

　　与人类专家（约 12-19 秒 / 子任务）相比，SRT-H 虽然完成任务慢 30%-60%，但轨迹更短、抖动更小，动作更平稳。这意味着它在精准性和一致性上有独特优势，未来或许能成为外科医生的得力助手，尤其在重复操作或人力短缺的场景中发挥作用。

　　离临床应用还有多远？

　　说近也近，说远也远。

　　目前 SRT-H 只在 “离体胆囊” 上练过 —— 就是已经离开身体的组织，没血流、不呼吸、器官不动，相当于在 “静态模型” 上做手术。但真给活人做，麻烦就多了：器官会跟着呼吸心跳动，可能突然出血糊住视野，甚至病人的解剖结构跟 “教科书” 长得完全不一样（比如胆囊管绕着动脉走）。

　　为啥它先练胆囊切除？因为胆囊的 “长相” 相对规矩，步骤也固定；要是换个阑尾手术，有时候找阑尾都得花几小时，机器人现在还搞不定。而且它现在只做了 “夹夹子 + 切断”，像剥离胆囊、止血这些复杂步骤还没练过呢。

　　就算以后练全了步骤，还得闯两关：一是能不能处理各种意外（比如突然大出血），二是伦理和信任 —— 万一机器人切错了，算谁的责任？就像现在的智能驾驶，理论上很牛，但你敢完全撒手让它开吗？

　　不过研究团队乐观预测，随着技术成熟，10 年内有望开展小规模人体试验。短期内，自主机器人仍局限于实验室，临床主流仍是 “人控机器人辅助手术”；但长期来看，其适应能力与安全性将逐步提升。

　　回到最初的问题，机器人会取代外科医生吗？

　　现在看，更可能是 “合作模式”。

　　现在的机器人已经能帮医生减少助手数量了；以后，机器人或许能全包 “拉钩、暴露视野、夹东西” 这些辅助活，医生专心做关键决策。

　　助手岗位可能会被取代，但主刀医生反而更重要 —— 毕竟，判断 “要不要切”“怎么切才安全”，还得靠人。就像现在的厨师，助手可能被机器取代，但掌勺的大厨，永远是灵魂。