授权转载自：约翰霍普金斯医院
原文链接：【看人类视频就能学会手术？手术机器人离真正自主又近了一步！】
人类需要多年的深入研究和稳定的手感才能完成手术。但你能想象现在机器人只通过观看经验丰富的外科医生的视频，就能够像人类医生一样熟练地执行相同的手术程序吗？
近日，约翰·霍普金斯大学科研团队成功利用模仿学习来训练手术机器人，使机器人不再需要根据手术过程中所需的每个动作进行编程，就能习得复杂的手术技巧，从而使其更接近真正的自主化，即机器人可以在没有人类帮助的情况下完成复杂的手术。
这一研究成果本周在慕尼黑举行的机器人学习大会上集中展示，该大会是机器人和机器学习领域的顶级盛会。
该研究的资深作者、约翰·霍普金斯大学机械工程系助理教授 Axel Krieger 说："拥有这个模型真的很神奇，我们只需向它输入摄像头数据，它就能预测手术所需的机器人动作。""我们相信，这标志着我们朝着医疗机器人技术的新前沿迈出了重要一步"。
研究小组利用达芬奇手术系统进行这项研究。这是一种机器人系统，通常由外科医生用手臂进行远程控制，操作器械完成解剖、抽吸、切割和密封血管等任务。这类系统能让外科医生在手术台上更精确地控制和近距离观察病人。
研究小组利用模仿学习训练达芬奇手术系统机器人完成手术过程中所需的三项基本任务：操作针头、提拉身体组织和缝合。在每种情况下，根据研究小组的模型训练出来的机器人都能像人类医生一样熟练地完成相同的外科手术。
该模型将模仿学习与支持 ChatGPT 的机器学习架构相结合。不过，ChatGPT 使用的是文字和文本，而该模型使用的是运动学——一种用数字和方程等数学元素描述运动的语言——来指挥手术系统的手臂。
研究人员向他们的模型输入了数百段视频，这些视频是达芬奇机器人在手术过程中通过安放在手臂上的腕式摄像头录制的。这些视频由世界各地的外科医生录制，用于术后分析，然后存档。全世界使用了近 7000 台达芬奇机器人，5 万多名外科医生接受过该系统的培训，这为机器人的 "模仿 "创造了大量的数据档案。
虽然达芬奇系统被广泛使用，但研究人员说它出了名的不精确。但研究小组找到了让有缺陷的输入发挥作用的方法——关键在于训练模型执行“相对运动”，而不是不准确的绝对动作。
"我们需要的只是图像输入，然后这个人工智能系统就能找到正确的动作，"主要作者、约翰·霍普金斯大学博士后研究员 Ji Woong "Brian" Kim 说。"我们发现，即使只有几百次演示，该模型也能学会程序，并概括出它未遇到过的新环境。"
该机器人系统不仅能像人类一样执行这些手术，还非常善于学习没有被教过的东西，还能纠正自己的错误，Krieger 补充道：“比如，如果针掉了，它会自动捡起来继续。这可不是我教它的。”
研究人员说，该模型可用于快速训练机器人执行任何类型的外科手术。研究小组目前正在利用模仿学习训练机器人，使其不仅能完成小型手术任务，还能完成完整的手术。
在这项技术进步之前，即使是对机器人进行简单的编程，也需要对每一个步骤进行手工编码。Krieger 说，有人可能要花费十年的时间来建立缝合模型。而这仅仅是一种手术的缝合。
"这是非常有局限性的，"Krieger 说。"我们研究的新创新之处在于，只需收集不同手术的模仿学习，就能在几天内训练机器人学会。这让我们能够加快实现自主目标，同时减少医疗失误，让手术更精确。"
约翰·霍普金斯大学的作者包括博士生 Samuel Schmidgall、副研究工程师 Anton Deguet 和机械工程副教授 Marin Kobilarov。斯坦福大学的作者包括博士生 Tony Z. Zhao 和助理教授 Chelsea Finn。
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原文来源：彭博公共卫生学院
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