机器人在美国各地的手术室中日益普及，外科医生们纷纷采用这项技术来帮助他们切除受损器官或癌变组织。这些系统近年来有了很大的改进，但仍然需要外科医生亲手指导其器械并做出关键决策。让机器人自行切开和缝合人体内的娇嫩组织将是一项极其复杂的任务，需要先进的成像、传感器和人工智能技术——更不用说还需要获得医疗界和联邦监管机构更多的认可。
但这些障碍并没有阻止儿童国家医疗中心(CNMC)谢赫·扎耶德研究所的科学家们开发一种机器人系统，该系统已成功地在活体动物身上缝合和重新连接了猪肠的各个部分，几乎不需要或完全不需要人工干预。这一成果发表在5月4日出版的《科学转化医学》杂志上。
像这种被称为肠吻合术的软组织手术，对机器人系统来说尤其具有挑战性，因为组织在手术过程中会改变形状和移动。CNMC的智能组织自主机器人（STAR）——虽然尚未完全自主——旨在通过使用3D和近红外荧光成像系统、力传感器和预编程算法来补偿这一点，以确定缝线的适当类型、张力和位置。
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在猪的实验中，研究人员在肠组织中放置了在红外光下会发出荧光的标记物。STAR的成像系统在手术过程中以毫米级的精度跟踪了这些标记物的位置。机器人的计算机根据从成像系统接收到的信息，制定并调整其缝合方法——结和连续缝合线的组合。研究人员已将关于理想缝合操作的数据（包括间距和张力）编程到系统中，可以在整个过程中参考这些数据以防止渗漏。
为了测试STAR的性能，研究人员招募外科医生使用其他三种方法对猪肠进行相同的操作：手工缝合、腹腔镜手术和美国食品和药物管理局于2000年批准的机器人辅助达芬奇手术系统。研究人员表示，STAR在缝线之间的理想间距方面优于其他技术——这使得STAR修复的肠道在渗漏前能够承受的压力几乎是手工缝合肠道的两倍。
当然，STAR的成功也有一些需要注意的地方。机器人系统实际上仅在实验的60%时间内自主运行，研究人员在机器人工作时对其设备进行了微小的调整。彼得·金（Peter Kim）是谢赫·扎耶德研究所的手术学教授和负责人，他在周二的新闻发布会上坚称，肠道缝合术可以在没有人为干预的情况下进行——但“我们就像对待即将走路的幼儿的父母一样”。STAR的缝合速度也比人类慢，但金及其同事阿克塞尔·克里格（Axel Krieger）和瑞恩·德克尔（Ryan Decker）表示，可以通过编程使其工作更快。他们在会议上承认，他们的实验主要是一个概念验证，旨在确定机器人在特定条件下可以单独执行特定手术。
研究人员表示，其目的不是取代外科医生，而是增加可以改进外科手术的机器智能。“任何时候你发生严重的吻合口渗漏，比如肠道渗漏，因其死亡的风险都会增加三到十倍，”金说。“因此，如果你拥有一种可以潜在地减轻或减少这种情况的技术，我认为这具有非常明显的价值。”
STAR在无人干预的情况下工作的能力，即使是有限的，也使其与外科医生可用的任何其他机器人选择不同。到目前为止，Intuitive Surgical Inc.的达芬奇系统是唯一获得FDA批准的通用机器人手术平台。自2000年以来，达芬奇已帮助外科医生进行了许多腹腔镜软组织手术，包括子宫切除术、胆囊和肾脏切除术、前列腺癌治疗和心脏瓣膜手术。达芬奇迄今为止获得认可的关键在于外科医生发挥的主导作用，他们坐在符合人体工程学设计的控制台中，在高清晰度3D摄像头的辅助下，控制机器人的四个手臂。尽管达芬奇的价格接近200万美元，但其受欢迎程度仍在稳步增长。2012年，医生在美国医院使用该系统进行了超过35万例手术，比2010年增长了60%。根据Allied Market Research在1月份发布的一份报告，基于其成功，手术机器人系统的销售额预计将从2014年的33亿美元攀升至2020年的约64亿美元。
华盛顿大学生物机器人实验室主任，Applied Dexterity（一家开发名为RAVEN的开源机器人手术系统的初创公司）的联合创始人布莱克·汉纳福德（Blake Hannaford）表示，CNMC的工作是一项“技术突破”，因为它整合了各种技术、严格的动物实验以及缝合的质量。汉纳福德并未参与猪的手术，但他指出了STAR目前的局限性，并质疑这种技术在近期内是否对外科医生有很大的价值。“虽然从技术意义上讲，半自主缝合是外科机器人技术的一个‘巨大挑战’问题，但在临床上，许多缝合和肠吻合术都是由[外科医生使用]缝合器完成的，缝合器可以在几秒钟内完成整个过程，”他说。
威尔康奈尔医学院心脏胸外科机器人心脏外科主任T·斯隆·盖伊（T. Sloane Guy）表示，自主手术室机器人的成功最终将取决于外科医生及其患者。盖伊在过去几年中一直使用达芬奇进行心脏手术，他说患者经常对外科医生将多少控制权让渡给机器人系统表示担忧。
“我很高兴听到正在进行这种类型的研究，”盖伊在谈到CNMC的最新实验时说。但他补充说，这项工作是可能使机器人手术系统实现完全自主的几个垫脚石之一。“作为一名医生，我的部分工作是将有益于患者的技术带给他们，并就技术的优势和局限性对他们进行教育。作为一名医生，我必须百分之百地确信我可以信任一项给定的技术，并且它不是某种噱头。”