网络身体器官双胞胎来训练外科医生

年轻外科医生的培训总是需要高级外科医生的指导和经验，人工智能（AI）有一天，辅助培训方法可能会提供宝贵的支持。通过利用数据，这些技术可以通过补充关于如何最好地从健康组织中移除肿瘤的信息来加强培训。

直到现在,外科手术式的教育这在多个层面上都具有挑战性：不仅年轻外科医生的实习时间有限，他们还必须由日程安排通常很紧的资深外科医生监督。同时，人体组织很难获得，利用动物训练学生也引起了伦理上的关注。在患者身上练习也是不可能的，因为出错或不符合医疗标准的风险太高。

人工器官作为训练环境

为了应对这些挑战，斯图加特大学物理化学研究所的研究人员创造了一种教育工具，有一天可以用来训练外科医生，就像飞行模拟器训练飞行员一样。该团队由工程师和医生组成，开发了一系列人工器官，其中包括肝脏、肾脏和膀胱。利用这些人造器官，科学家们的目标是创建一个培训平台，提供高保真的手术场景，并实时定量客观地评估受训者的技能。最终，科学家们希望开发出易于复制和标准化的器官，因为这将使它们能够用于世界各地外科医生的培训。

这些人造器官被称为“网络-物理器官双胞胎”，它们是结合了虚拟特征的物理系统。一致性组织，解剖学、触觉感知，甚至微小血管的外观都与自然器官非常相似。此外，传感器测量一系列参数，包括外科医生移动手术时的精细运动技能内窥镜通过器官，检查针头是否在所需位置正确穿刺，或确定所有肿瘤的位置所需的时间。

一个开源的算法这一技术也应用于自动驾驶汽车，用于区分经过重新训练的物体，以检测肿瘤或肾结石等病变。一旦内窥镜到达真实的目标，学员可以模拟一个活检试着通过每次练习来提高练习的准确性和效率。与此同时，收集的数据在其他情况下是无法获得的，即使是在真正的外科手术中。

评估的操作

“如果我们看看计算机视觉或自然语言处理，数据非常丰富和结构化。但是在生物医学，尤其是在手术中，数据收集非常困难。如何量化外科手术的质量?现实生活中的手术是在一个几乎不可能收集实时数据的环境中进行的，”斯图加特大学(University of Stuttgart)赛博谷生物医学微系统(Cyber Valley Biomedical Microsystems)研究小组负责人仇田(Tian Qiu)说。致力于硬件和人工智能整合的该团队，开发了收集生物医学大量数据的工具，并以此为基础，改进微创手术工具和程序。该团队与来自弗莱堡大学医院和Tübingen的医生密切合作。

“为了通过人工智能加强生物医学领域，我们将物理系统与虚拟功能相结合。这使我们能够收集有关手术技能的资料。有经验的外科医生打下基础，然后我们将他们的技能与未来的外科医生进行比较。在每次培训中，我们可视化学员的数据，评估手术是如何进行的，并评估哪些技能需要改进，”邱天说。

该团队最近在三篇期刊论文和一篇会议论文中发表了其工作结果。在其中一篇论文中，他们展示了一种软肝模型，可以评估内镜检查和肿瘤活检在穿过肝脏的中空胆管内的执行情况。创建真实的软肝复制品是挑战性任务。“我们的器官模型提供了更客观的评估和反馈，比虚拟现实模拟器要好得多，”谭湘洲说，他是Tübingen大学医院的医生，为生物医学微系统集团带来了医学专业知识。

操作内窥镜是一种细长的仪器，尖端装有微型摄像机，在患者身体外操作，是外科医生培训的另一个重要部分。“我们开发的一个原型可以测量特定的内窥镜控制技能，”该小组的博士生兼工程师Do Yeon Kim解释道。“当受训者在一个器官中导航时，会考虑到许多因素。例如，他们必须评估筛选器官内所有区域所需的时间，确保没有遗漏任何内容，并确保在合理的时间内检测到所有肿瘤。”

为了评估操作技能，Do Yeon Kim利用经验丰富的医生提供的数据对算法进行了培训。然后根据这些阈值衡量学员的表现。“可以说，我们为外科医生创建了一个先进的飞行模拟器。”