“盡可能少或小的創(chuàng)傷，使患者達到并保持最佳狀態(tài)”，是外科醫(yī)生不斷追求的目標；“達到病人付出盡量小的代價而達到同樣良好的效果”，是醫(yī)學史上的永恒主題。公元前4世紀，古希臘醫(yī)學家Hippocrates曾告戒外科醫(yī)生“不要作得過多”。1987年，法國醫(yī)生Mouret偶然完成第一例微創(chuàng)切除膽囊手術，標志著新的醫(yī)學里程碑的誕生，微創(chuàng)手術概念形成。隨著現(xiàn)代科學和醫(yī)學的不斷發(fā)展，微創(chuàng)手術日益成熟完善，成為外科發(fā)展的必然趨勢和追求目標，其中腹腔鏡手術是典型代表。

據(jù)統(tǒng)計，全球每年腹腔鏡手術超過750萬例，憑借其手術總體創(chuàng)傷小、術中出血少、術后恢復快疼痛輕等優(yōu)勢，已發(fā)展成為臨床中應用廣、需求大、效果好的微創(chuàng)手術。在普外科手術領域，腹腔鏡手術已經大范圍的普及推廣，從最初的膽囊切除術、闌尾切除術等，到后來的胃癌根治術、結直腸癌根治術、規(guī)則性半肝切除術等，現(xiàn)在幾乎涵蓋了普外科學科領域內的所有手術。

如圖1所示，腹腔鏡手術中除了主刀醫(yī)生，必須配置一位持鏡手為主刀醫(yī)生提供相應的照明和最佳的視覺反饋，因此持鏡手的工作非常重要，可謂主刀醫(yī)生的“眼睛”。但腹腔鏡手術過程中，持鏡手容易受疲勞、手部震顫、注意力分散等影響，乃至與主刀醫(yī)生有效溝通困難（尤其對于初學者），直接導致手術效率下降。

眾所周知，機器人具有定位精度高、響應速度快、運動平穩(wěn)性強等優(yōu)勢，且不受情緒及疲勞等因素影響，為腹腔鏡手術中持鏡手所面臨的問題提供一種有效的解決方案——機器人換人。如圖2所示，腹腔鏡手術中，持鏡機器人取代持鏡手夾持腹腔鏡，并通過人機交互接口接收主刀醫(yī)生指令調節(jié)腹腔鏡位姿，可為主刀醫(yī)生提供穩(wěn)定的手術視野，輔助主刀醫(yī)生高效地完成腹腔鏡手術。

基于腔鏡圖像的主動式引導是持鏡機器人的人機交互接口發(fā)展趨勢，其核心為手術器械視覺追蹤。現(xiàn)有的手術器械視覺追蹤方法大多借助人工標記進行手術器械追蹤，在手術器械操作末端附加顏色顯著的標記物。但是這種方法對于通用手術器械并不適用，而且臨床需要增加額外殺毒滅菌流程，應用范圍有限，因此無標記手術器械視覺追蹤更具臨床普適性。

然而，術中腹腔環(huán)境復雜多變，腹腔鏡視野中無標記手術器械精準定位難度較大，且追蹤速度往往無法滿足主刀醫(yī)生對持鏡機器人的實時性要求，嚴重影響了主刀醫(yī)生的手術操作感，極大制約了持鏡機器人在臨床中的推廣與應用。

根據(jù)上述原因，中國科學院蘇州生物醫(yī)學工程技術研究所高欣團隊嘗試人工智能賦能持鏡機器人，借助深度學習方法，融合區(qū)域分割思想與目標搜索策略，提出了一種新型的全自動無標記手術器械視覺追蹤方法。

所提方法通過構筑輕量型的腹腔鏡圖像分割模型，快速提取腹腔鏡視野中手術器械不同部件區(qū)域，并且利用手術器械結構特點，將手術器械關節(jié)作為追蹤靶點，然后結合腹腔鏡視野中手術器械運動特性，引入視覺追蹤過程上下文信息，最終實現(xiàn)無標記手術器械的精準跟蹤。

圖3腹腔鏡手術視頻中無標記手術器械視覺追蹤結果。紅色曲線表示手術器械實際運動軌跡，綠色曲線表示手術器械視覺追蹤軌跡：a腹腔鏡手術視頻中抓鉗的視覺追蹤結果。b腹腔鏡手術視頻中電鉤的視覺追蹤結果。

實驗結果顯示，研究團隊所提方法相比于現(xiàn)有的無標記手術器械視覺追蹤方法，追蹤精度更高、追蹤速度更快、定位誤差更小。該項研究為持鏡機器人視覺追蹤模塊提供了一種新的研發(fā)思路，并將助力臨床實施精準微創(chuàng)外科手術，對精準醫(yī)學的長遠發(fā)展具有重要指導意義。