大咖谈“机器人技术、机器学习和增强智能”如何助力数字时代的外

手术机器人公司谈“机器人技术、机器学习和增强智能”

今天的手术是不一致的。各种技能水平、经验和培训经历的外科医生执行类似的手术,他们的手术结果是大不相同的。缺乏标准化直接影响手术安全性,增加成本,并降低患者和外科医生的手术体验。太多患者在手术后遭受不良后果和并发症,这可能导致住院时间延长、重复手术和额外的治疗。事实上,20%的手术会导致一种或多种并发症。此外,对外科医生在体能和认知上的要求,与其肌肉骨骼疾病及损伤、职业倦怠和医疗失误密切相关。

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如图所示,进行手术时,外科医生会经过无数次的决策链,直到手术完成。从历史上看,手术室的技术创新一直集中在手术工具上,以改进手术决策链的执行部分,在此期间外科医生执行选定的决策,例如缝线。然而,很少有人关注改善手术过程中的决策方面。对于高压力、高度可变的手术,改善术中决策对推动手术结果至关重要。此外,到目前为止,在改善外科医生对患者进行手术时的身体舒适度方面几乎没有取得任何进展。使用由人工智能AI和机器学习ML支持的机器人技术,手术室正在发生变化,手术绩效也在随之发生变化。

技术改造手术室

二十年前,引入了机器人辅助手术(RAS),使用计算机和软件技术来控制和移动手术器械,使其通过患者体内的一个或多个微小切口。机器人手术的好处是能够促进微创手术,并以比传统技术更精确、更灵活和更可控的方式协助身体有限区域内的复杂任务。对于患者来说,切口会更小、恢复时间更短和疼痛更少。目前在所有手术中进行RAS的比例不到5%,其中大部分(60%)是通过手动腹腔镜进行的。

2017年,外科医生和患者之间的界面被数字化(数字腹腔镜检查),在进行腹腔镜检查时提供RAS的好处,扩大了控制和临床智能。数字腹腔镜检查整合了额外的技术进步,帮助手术变得更直观、更灵敏、更集中。这为外科医生创造了一个更加有利于执行更多类型手术、在更多护理环境中接触更多患者、并减少其身体伤害的环境。

当人工智能和机器学习被应用到机器人技术中时,手术决策链的所有六个阶段都可以得到解决,解锁临床智能以提高可预测性并持续地提供卓越的结果。这三项技术共同开启了被称为绩效引导手术(performance-guided surgery, PGS)的数字手术新时代,无论外科医生的知识和经验如何,都能减少手术错误和并发症。(见下图)

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这些先进的数字技术可以使外科医生能够在任何地方都能获取最佳手术实践和技术,并在任何地方利用它们来帮助改善结果、减少可变性、控制意外情况、降低成本、减少外科医生的认知和身体疲劳,并为患者提供最佳护理。

“增强智能”助力数字手术

今天的数字腹腔镜检查和向PGS的演变,是通过外科行业最前沿的一项进步成为可能的,称为增强智能augmented intelligence,它专注于人工智能的辅助作用,旨在增强而不是取代人类智能。

在外科领域,增强智能使数字平台能够感知、学习和协助手术——首次提供数字手术助手。它可以增强工作流程,并使精度和准确度达到新的水平。这项技术可以给微创手术带来巨大的改进,比如改进外科医生在放置mesh之前测量缺陷的能力,这是许多手术中高度可变且重要的步骤;再比如眼动追踪摄像头控制,以减少外科医生在视野外工作,并让外科医生腾出双手来进行其他手术活动。

增强智能还有助于保持医疗保健实践中的个人风格和真实性,并有助于人类智能从增强智能的帮助中受益的那些领域。与人工智能不同,增强智能作为“导航系统”或“数字孪生”,可以通过基于对类似患者进行的类似手术的一系列数据生成算法,来解释个体患者的差异和并发症,从而管理外科医生的经验。

包括机器视觉和机器学习在内的增强智能技术将在医疗保健行业发挥越来越重要的作用。这些新功能的引入是通过收集、分析和呈现丰富的信息和洞察力来使所有经验水平的外科医生获得更深入的情境知识,从而显著改善关键决策、提高可预测性和帮助手术平准化的重要一步。

给外科医生带来的好处

此时此刻,数字腹腔镜检查令人兴奋。外科医生亲眼目睹了这些改进,从以更经济的方式在更多手术中使用机器人技术,到改进人体工程学和减少认知损失。数字腹腔镜为外科医生带来的好处包括:放松的坐姿;基于腹腔镜的熟悉动作;眼动仪允许外科医生通过眼球运动控制相机;触觉力反馈提高了安全水平;用数字支点创建动态虚拟枢轴点,有助于最大程度地减少切口创伤,并限制施加在患者身上的力;机器人 3 毫米器械使手术创伤更小;能够直接看到患者和手术团队在效率方面的提升。

因此,许多外科医生正在执行数量和种类更多的数字腹腔镜手术。例如德国锡根圣玛丽医院的医学博士Dietmar Stephan教授已完成近 400 台数字腹腔镜检查。他从使用 TAPP 技术的腹股沟疝手术开始,扩展到上消化道手术(包括胃底折叠术和EndoStim 植入术),再到进行结肠直肠手术和整合乙状结肠解剖。

通过将手术视图实时转换为有洞察力和可操作的数据,机器人技术、机器学习和增强智能辅助的技术可以为外科医生提供无数的应用程序,以便对曾经隐藏在显眼处的信息采取行动。有了这种新能力,外科医生可以为每位患者提供最佳结果。

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