このロボット外科医は縫合において超人的な仕事をするが、落とし穴がある

研究者たちは、一般的な人間の外科医よりも高い精度で腸を縫合するロボットを自律的にプログラムしました。現在、腸は豚の体内にありますが、この技術の一部は近い将来、人間にも応用される可能性があります。

「今後数年のうちに、手術器具がよりスマートになり、外科医に情報を提供し、より良い治療結果をサポートするようになると期待している」と、ワシントンD.C.の国立小児保健システムの研究者ピーター・キム氏は今週、記者団に語った。

キム氏と彼の同僚は、Science Translational Medicine誌に本日オンラインで発表された論文の中で、スマート組織自律ロボット（STAR）として知られる手術システムについて説明している。

外科用ロボットは古くから存在していますが、これまでは単独で医療行為を行うというよりは、ツールとして利用されてきました。外科医は通常、ロボットの器具をリアルタイムで操作し、場合によってはビデオ映像によるガイダンスも受けます。

前回：ロボット外科医に人間の支配者がいる理由

STARは、KUKAロボットアームを含む既に実用化されている複数の技術を組み合わせ、手術部位の近赤外線画像を手術手順に変換するプログラミングレイヤーを追加しています。人間の外科医がボタンを押すと、STARロボットは腸の裂傷を縫合するプログラムを実行します。

キムさんはこのミシンを「非常に先進的でスマートなミシン」と呼んでいる。

外科医たちの厳しい監視の下、STARは豚の死体から始まり、生きた子豚4頭の手術に至るまで、一連の縫合作業を引き受けた。いずれの場合も、外科医たちは腹部を切開し、小腸を切開し、近赤外線スペクトルで光る塗料で切断端にガイドマーカーのパターンを描いた。

ロボットはマーカーに基づいて状況を判断し、切断端を縫合する独自の手順（吻合術）を開発しました。外科医は手術プログラムを調整したのは約40%のケースで、残りの60%のケースではロボットが完全に自律的に手術を進めました。

得られた縫合糸の指標を、ロボット支援手術用の最新機器を含む標準的な臨床技術を用いた経験豊富な外科医の統計と比較した。縫合糸の間隔や縫合糸の張力など、ほとんどの指標においてSTARは優れた成績を収めた。縫合ミス率は手縫いの縫合と同程度であった。

最も顕著な例外は速度に関するものでした。ロボットは、人間が手作業で10分以内で行える手順を20分以上かけて実行しました。しかし、キム氏は、この概念実証実験では時間は重要ではないと述べました。「技術が成熟し、完全に自律的に動作させれば、大幅に高速化できると確信しています」と彼は述べました。

ワシントン大学バイオロボティクス研究所所長のブレイク・ハンナフォード氏は、この実験は外科用ロボット工学における「技術的ブレークスルー」だと述べた。ハンナフォード氏と彼の同僚は、ロボット支援手術のためのオープンソースプラットフォーム「RAVEN」の開発に取り組んでいる。

GeekWireへのメールで、ハンナフォード氏は新たに発表された研究には「明らかな限界があり、自動化支援がすぐに手術室に導入されることはない」と指摘した。例えば、縫合する対象を特定し、マークするのは依然として人間が行う必要がある。

「技術的な意味では、半自律縫合は外科用ロボットの『壮大な挑戦』と言えるでしょう。しかし、臨床的には、縫合や腸吻合の多くは、数秒で全てを終えられるステープラーによって行われています」とハンナフォード氏は記している。「彼らが選択した作業は、使用した精巧な機器を正当化するものではありません。それでもなお、この論文は、監視下での自律性が安全かつ効果的である可能性を示す画期的な成果です。」

この技術に関連する特許は複数申請されており、キム氏は手術ロボットの開発を目的としたスタートアップ企業「オムニボロス」を設立した。「適切なパートナーと協力すれば、この技術の一部または全てを、おそらく今後2年、遅くとも3年以内に、市販され臨床応用可能なツールに組み込むことができるでしょう」とキム氏は述べた。

近い将来、手術ロボットは最高の外科医が用いる技術を取り入れ、より広く、そしておそらくより安価に利用できるようになるかもしれません。「30分も節約できると言えるなら、それ自体が医療費全体に大きな影響を与えるでしょう」とキム氏は言います。

長期的には、自律型ロボット外科医は、医師が自らの手で治療を強いられてきた南極から、人類の未来の深宇宙前哨基地に至るまで、様々な孤立した環境で重要な役割を果たす可能性がある。キム氏は、スペースXの創業者イーロン・マスク氏の火星植民地化計画を例に挙げた。

「まるで芸術が生命を模倣したかのようです」と彼は言った。「医療ポッドが登場する映画を見たことがあるでしょう。それが、戦場での外科用ロボット、特に外傷治療ポッドへのDARPAによる当初の投資の根底にある考え方でした。…医療ポッド、あるいは外科用ポッドが、この特定のタスクを遂行できる姿を想像してみてください。」

国立小児保健システム（Children's National Health System）のシェイク・ザイード小児外科イノベーション研究所のアザド・シェイドマン氏が、Science誌掲載論文「監視下自律ロボット軟部組織手術」の筆頭著者であり、キム氏が責任著者です。その他の著者には、ライアン・デッカー氏、ジャスティン・オプファーマン氏、サイモン・レナード氏、アクセル・クリーガー氏が含まれます。