今天的机器人手术把外科实习生变成了观众

在机器人出现之前在将近一个世纪的时间里，外科训练一直以同样的方式进行。

在常规手术中，受训者与护士、麻醉师和擦洗技师一起工作，为患者定位和麻醉，同时用仪器和灯光准备手术区域。在许多情况下，受训者然后切开，烧灼血管以防止失血，并放置夹子以暴露器官或感兴趣的区域。通常这时候外科医生就会来，擦洗，负责。但手术通常需要4只手，所以实习生通过抽血和移动组织来协助高级外科医生，随着经验的增加，他或她逐渐发挥主导作用。当主要的手术任务完成后，外科医生洗干净，然后去做文书工作了。然后学员做任何必要的缝合、装订或粘合，使病人再次完整。

在旧的系统中，每个程序都由实习生负责几个小时。这与腹腔镜手术(有时被称为“微创手术”)没有太大区别，在这种手术中，工具和摄像机通过微小的缝隙进入患者体内。在这些手术中，实习生也做了很多前期工作和清理工作。这种师徒合作的体系根深蒂固，以至于在手术室度过的时间仍然被视为技能发展的代表。

这在机器人手术中行不通。手术机器人在医院中越来越普遍达芬奇手术系统于2000年被美国食品和药物管理局批准。达芬奇机器人，来自硅谷公司直观的手术目前，该公司在市场上占据主导地位。直观的了6700多台机器该公司表示，在美国，百分之百的顶级医院都在使用达芬奇机器治疗癌症、泌尿科、妇科和消化内科疾病。其他公司也有各种专门的机器人系统，用于骨科、神经病学和眼科等领域。

在机器人手术中，最危险的时刻是在手术开始和结束的时候，手术团队将巨大的机器人“对接”到患者身上。对于当前一代的达芬奇系统，这意味着放置四个装有手术工具的机械臂，并通过将金属圆筒通过小切口插入患者腹部，为这些工具创建“端口”。第一端口允许摄像机进入;该端口用于解剖刀，握钳，烧灼仪器，订书机，或其他工具。

一旦机械臂就位，器械插入，外科医生就会“擦洗”，并在身临其境的达芬奇控制台中，在距离患者大约15英尺的地方就位，这提供了立体视图。外科医生的手放在两个多功能控制器上，可以向各个方向移动和旋转仪器;通过在仪器之间切换，外科医生的两只手可以很容易地控制所有四个机械臂。

达芬奇手术系统有四个臂，顶端装有可交换的手术工具。通常，一只手臂插入相机，而另一只手臂插入诸如手术刀、抓手、烧灼器和订书机等工具。斯宾塞洛厄尔

而实习生，如果有控制台的话，实习生可以从另一个控制台观看。虽然首席外科医生理论上可以让受训者控制其中一只机械臂，但实际上从未发生过。外科医生不愿意让受术者控制所有的手臂，因为他们知道这会使手术花费更长的时间，而且病人的风险会随着麻醉时间的推移呈非线性上升。

2013年，我开始研究手术机器人对手术技术和教育的影响。我的研究发现，采用这种技术的医院通常会把实习生变成手术室里的可有可无的助理，这意味着他们在没有足够技能的情况下开始作为“真正的”外科医生执业。扭转这一趋势需要全面的制度变革，我认为这不会很快发生。所以，我正在与合作者一起研究一种外科技能学习的替代解决方案。我们创建的平台可能会被广泛应用，甚至可能成为21世纪学徒制的蓝图。

手术机器人在很多方面都是工程学的奇迹。达芬奇系统为外科医生提供了放大的视野和永不抖动的机械手，实现了非常精确的手术操作。与外科医生使用腹腔镜工具相比，它还能提供更有效、更直观的控制:腹腔镜工具是在支点上操作的，因此将一只手向左移动，工具就会向右移动。达芬奇机器人还提供触觉反馈，早期型号的机器人在软件检测到器械“碰撞”时会震动控制器，而最新型号的机器人在外科医生移动过快或手术超出视野时也会提供类似的反馈。符合人体工程学的控制台当然更适合外科医生的身体;他们再也不用在手术台上一坐就是几个小时了。机器人还成为一种营销现象，引发了一场机器人手术军备竞赛，中型医院纷纷宣传自己的高科技能力。

许多人认为机器人手术一定会给病人带来更好的结果。这并不明显。事实上，最近一项对50个随机对照试验的调查发现，机器人手术与传统手术和腹腔镜手术进行了比较结果具有可比性而机器人手术实际上要慢一些。从我的角度来看，关注教育，考虑到居民在没有必要的经验的情况下开始他们的第一份工作，结果没有变得更糟，这是一个奇迹。可能是经验不足的初级外科医生的结果与资深外科医生的结果相平衡，也可能是初级外科医生真的是在“野外”学习他们的第一个病人，这是一个有点不舒服的想法。这是一个热门的研究领域，所以我们应该很快就会知道更多。

外科受训者需要更多的训练时间，这似乎违反直觉。要成为一名外科医生，一个人必须先在医学院学习四年，然后至少五年在一个实习项目中。住院医生是出了名的过度工作和睡眠不足，其程度超过了美国通过规定2003年，他们将每周工作时间限制在80小时。但是，尽管外科住院医生花很多时间在手术室里，我的发现表明，这些时间并没有让他们掌握所需的技能。由于他们总是从一个与患者相关的任务忙到下一个任务，他们几乎没有花时间在模拟器程序上，尽管它们是可用的。我上一次调查这种情况是在大约一年前，大多数医院要求住院医生每天花大约4个小时每年在模拟器上。这就像让一个人每年玩四个小时的电子游戏来为生死关头做准备一样。

在许多方面，机器人外科手术中出现的问题反映了其他行业所面临的问题，因为它们越来越依赖自动化。这种情况可以概括为“自动化悖论”如自动化系统越先进、越可靠，人工操作人员的贡献就越重要。这是因为系统将不可避免地遇到超出其设计参数的意外情况，或者将以某种方式失败。在这些罕见但关键的时刻，操作员必须发现故障并接管，迅速发挥人类的创造力和解决问题的能力来应对棘手的情况。随着自动驾驶系统的普及，航空公司的飞行员对这个问题越来越熟悉，而自动驾驶汽车的前景也将这个话题带到了公众面前。在这一点上，手术机器人的自主权非常有限，所以外科医生应该从这些例子中吸取教训，现在就采取行动，改变人机关系，既保持手术技能，又避免手术室的悲惨崩溃。

我的结论是我花了两年时间研究机器人对手术训练的影响。我在五家医院花了大量时间，观察了94个手术，总共花费了478个小时。接下来，我在全美13家顶级教学医院进行了采访，从资深外科医生和实习生那里收集信息，这些医生认为他们表现优秀或一般。的纸我在2019年发表的一篇文章总结了我的发现，这些发现令人沮丧。成功学习机器人手术技能的一小部分受术者有以下三个原因:他们牺牲了其他一切来专攻机器人，他们把所有空闲时间都花在做模拟器程序和看YouTube视频上，或者他们最终在没有监督的情况下进行手术，在他们能力的极限上挣扎。我把所有这些实践称为“影子学习”，因为它们都在某种程度上违背了医学教育的规范。我将更详细地解释每种策略。

从事“过早专业化”的住院医生通常在医学院开始，有时更早，为了获得机器人经验，他们会忽略其他科目或个人生活。通常情况下，他们会寻找研究项目，或者找到能给他们机会的导师。失去医学或外科方面的通才教育可能会对受训者产生影响。最明显的是，在某些情况下，外科医生必须关闭机器人，打开病人，以便亲自操作。这种情况几乎不会因为机器人故障而发生;如果在机器人手术过程中出现问题，就更有可能发生这种情况。如果外科医生不小心划伤了静脉或切开了肿瘤，导致癌细胞泄漏，恢复模式是迅速解开机器人，把病人切开，然后用传统的方法解决问题。我的数据强烈表明，过早专攻机器人的居民不会为处理这种情况做好充分的准备。

机器人是一种营销现象，导致了一场机器人手术军备竞赛，中型医院都在宣传他们的高科技能力。

成功的学员的第二种做法是抽象排练，在模拟器中度过他们的业余时间，仔细检查手术视频。一位居民告诉我，他把一个手术的一小时视频看了大约200遍，才完全理解了手术的每一个部分。但被动地观看视频也只能起到这么大的作用。例如，许多录音被公开是因为它们是一个程序的特别好的例子。换句话说，这些程序没有出错。

在模拟器上练习对受训者很有帮助，让他们熟练掌握机器人控制的基础知识，这可能会给手术室里的高级外科医生留下深刻印象，并让受训者在控制台上花更多的时间。但在达芬奇系统的案例中，模拟器软件通常只能通过真正的控制台使用，所以住院医生只能在手术室空着的时候用它练习——这通常意味着要在医院呆到晚上。一些精英机构有模拟中心，但这些中心往往离医院有一段距离。大多数居民并没有逃避其他责任来腾出时间进行这种专注的练习。

一些资深外科医生告诉我，模拟器的另一个缺点是，它们没有包括足够多的例子，说明手术过程中出错的无数种复杂方式。即使是最好的外科医生也会犯错，但他们会从错误中恢复过来:例如，外科医生可能不小心用手术刀划伤了一个小血管，但很快就会缝合伤口，然后继续治疗。在外科和许多其他职业中，受训者需要学习的最重要的事情之一是如何犯错误并从中恢复。

成功的培训生的最后一个实践是发现他们能够在几乎没有监督的情况下为病人做手术，经常在他们能力的边缘工作，而且经常违反医院的政策。例如，有些人在“超级明星”外科医生手下工作，他们正式负责几项同时进行的手术。在这种情况下，专家只会介入每次操作中最棘手的部分。另一些人则从高级医院轮换到机器人手术经验相对较少的科室或医院，这让受训者看起来有能力和值得信赖。中等水平的医院对外科医生快速完成手术的压力也较小，因此将控制权交给实习生(这不可避免地会减慢手术速度)被认为更容易接受。他们告诉我，所有这些情况下的居民通常都很紧张和紧张，但他们的挣扎是他们学习的源泉。

要改变这一点要想系统地解决这种情况，就需要彻底改革外科住院医师计划，但这似乎不太可能很快发生。那么，还能做些什么呢?

在过去的五年里，为外科训练(包括机器人技术和其他技术)提供数字彩排的应用程序和程序出现了爆炸式增长。有些人,像水平的前女友而且Orthobullets，提供学习解剖学或基本手术动作的快速游戏。其他人则采取沉浸式的方法，利用虚拟现实的最新发展，如眼睛耳机。其中一个VR系统就是炖虚拟现实该学院提供临床精确手术课程，学员可以在任何地点戴上耳机和Wi-Fi进行练习。

我正在研究一些不同的东西:外科技能的合作学习过程，我希望可以与之类似GitHub这是一个托管开源软件的平台。在GitHub上，开发人员可以发布代码，其他人可以在此基础上进行构建，有时会对最佳前进方式产生分歧，并创建分支路径。我的合作者Juho金我正处于建立一个众包存储库用于注释和可注释的外科视频，不仅省去了在YouTube上搜索有用视频所需的时间，还为观看者提供了一种与视频互动的方式，并增加他们的主动学习。值得庆幸的是，我们还有一个优秀的行业合作伙伴:the密歇根泌尿外科改进协作组．他们管理一个开放的图书馆机器人泌尿外科手术视频这是举世闻名的。

有一个类似的基于视频的学习平台:theC-SATS该公司现在是强生公司的子公司。这个基于订阅的平台使外科医生能够安全地上传他们自己的视频，并使用人工智能清除所有个人身份信息，例如患者的面部图像。然后，它会对外科医生的表现提供个性化的反馈。

如果C-SATS是大英百科全书，我们就是维基百科。我们目前正在测试我们的免费开源平台的alpha版本，我们称之为Surch。最近，我们一直在测试一个alpha版本，在一些顶级教学医院的外科医生和住院医生组中，以确定哪些功能对他们最有价值。我们要求测试者完成他们通常难以完成的任务:找到符合他们学习目标的高质量手术视频，通过对手术阶段和解剖结构等内容做笔记来积极处理视频，并与他人分享这些笔记以获得反馈。这仍然是一个学术项目，但基于我们从测试人员那里得到的热情反馈，似乎有对商业产品的需求。我们可能会尝试将其嵌入外科住院医师计划一年，以进一步测试该平台。

我相信我们需要一个21世纪的学徒基础设施。

我相信我们需要一个21世纪的学徒基础设施。我在机器人技能开发中发现的问题之所以出现，是因为外科医生依赖于一种数千年前发明的学徒模式:先观察一位专家，然后越来越多地参与其中，然后开始帮助更多的初级成员。这个过程有很多名字——在外科手术中，它被称为“看一个、做一个、教一个”——但在实际工作中，它总是需要一对一的合作，因此它无法远程扩展。

自20世纪90年代以来，我们的社会在扩大显性知识的正式学习所需的基础设施上投入了大量资金;想想在线讲座、文档、测验、群聊和公告栏的激增。如果我们要为新类型的工作建立所需的能力，我们就需要为具身技能建立同等的基础设施。

我和我的合作者想象着我们的Surch平台演变成一个支持人工智能的技能学习全球GitHub。任何形式的程序性知识都可以在这种由人工智能支持的平台上被捕获、研究和共享，人们可以有效地协作学习如何剥牡蛎、去除树桩、给汽车换油以及无数其他任务。当然，如果我们的系统只对外科医生有帮助，我们会非常感激和兴奋。但是这个世界需要很多你不能写下来的技能，我们需要找到一种现代的方式来保持这些能力。