文｜觀察未來科技

近日，2022世界機器人大會在北京亦莊拉開帷幕，手術機器人是此次展會的一大看點。在展會中，冬奧會運動員通過穿戴外骨骼機器人產(chǎn)品，進行恢復行走能力的康復訓練。各式各樣的手術機器人進入手術臺，成為醫(yī)生實現(xiàn)精密操作、提高手術效率和質(zhì)量的重要幫手。

顯然，人工智能在改善手術服務方面有著巨大的潛力。在不遠的未來，醫(yī)學將會由病人、醫(yī)生、人工智能組成完美的三角關系——醫(yī)生很有可能會憑借人工智能來加強自身的能力，而人們則能接受更先進的手術與治療。

與人類合作

當然，不管是什么形式的手術機器人，應用的底線都是安全——因為與其他領域相比，醫(yī)療領域必須將安全擺在第一。在外科手術領域，一臺手術的成敗往往跟手術團隊的經(jīng)驗與默契程度、醫(yī)生個人的身體與心理狀況密切相關。

基于此，當人工智能參與手術，其目標也并不是取代醫(yī)生，而是為了將醫(yī)生們從重復性的任務中解放，讓醫(yī)生的能力最佳化，實現(xiàn)最佳的手術效果——手術機器人的出現(xiàn)，可以在很大程度上彌補人的因素導致的失誤。

1988年，美國人設計出一套名為PROBOT的前列腺手術系統(tǒng)，這是世界上第一臺外科手術機器人。1997年，“手術機器人之父”王友侖研制成功的扶鏡機械手“伊索”，成為美國食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）批準注冊的第一臺手術機器人，由此開啟了手術機器人的商業(yè)化之路。1998年，在“伊索”的基礎上，通過加裝內(nèi)窺鏡等一系列改造，誕生了“宙斯”系統(tǒng)?！爸嫠埂笨梢酝ㄟ^遙控操作為病人進行微創(chuàng)手術，已經(jīng)是一套完整的手術機器人系統(tǒng)。

2000年，美國直覺外科公司研制的達芬奇手術機器人橫空出世。達芬奇手術機器人沿用了“宙斯”使用內(nèi)窺鏡的思路，并在3D成像和精準控制上進行了大幅提升。它由控制臺、機械臂、成像系統(tǒng)三部分組成，能以微創(chuàng)法實施復雜的外科手術。臨床應用結果表明，利用達芬奇手術機器人進行的手術具有更高的精確性、更好的操控。因此，達芬奇手術機器人受到了全球外科醫(yī)生的歡迎。

2013年，天津大學也開發(fā)出了與達芬奇手術機器人類似的“妙手S”系統(tǒng)。為規(guī)避相關專利風險，該系統(tǒng)采用了許多創(chuàng)新設計，主要由醫(yī)生控制臺和從手臺車兩大部分組成，可應用于肝膽胰外科、胃腸外科、泌尿外科、婦科、胸外科?！懊钍諷”已在2017年9月通過了中國國家食品藥品監(jiān)督管理總局（CFDA）的創(chuàng)新醫(yī)療器械特別審批，其產(chǎn)業(yè)化工作由天津大學、威高集團共同推進。

除達芬奇、妙手S這樣的腹腔鏡手術機器人外，骨科手術機器人、神經(jīng)外科手術機器人也是手術機器人領域的研發(fā)重點。天智航研發(fā)的天璣骨科機器人能處理長骨骨折、股骨頸骨折、骨盆骨折等骨創(chuàng)傷，手術精度可達到0.8毫米，使患者減少70%以上的術中輻射，并可減少術中失血量和組織微創(chuàng)。

柏惠維康研發(fā)的“睿米”神經(jīng)外科手術機器人定位精度達到1毫米，創(chuàng)口僅有2毫米，已應用于顱內(nèi)活檢、腦出血、帕金森、癲癇等近百種神經(jīng)外科疾病。目前，天璣和睿米都已取得由CFDA頒發(fā)的第三類醫(yī)療器械注冊證。

還有幾十種手術機器人正在推向市場，尤其是在2018年達芬奇手術機器人的第一批專利保護陸續(xù)到期后，美敦力、施樂輝、強生、西門子、史賽克、Globus Medical、NuVasive、Zimmer Biomet等公司爭更是相繼涌入手術機器人市場，斥巨資并購相關企業(yè)，爭奪市場蛋糕。

幾乎所有專業(yè)的機器人都在研發(fā)中。值得一提的是，這些機器人大部分都是人機合作機器人，換言之，它們的主要作用是幫助外科醫(yī)生，而不是代替外科醫(yī)生。比如，此次展會上，康多機器人的外科手術系統(tǒng)可以在手術過程中，將圖像放大10倍以上，讓醫(yī)生更加清晰的看到患者內(nèi)部解剖結構。它還有七自由度的主操作手，能真實模擬醫(yī)生手部位置和姿態(tài)。

并且，外科機器人醫(yī)生能夠以非常低的成本——只占現(xiàn)有成本的極小一部分，就能完美地完成常規(guī)手術，其大眾化前景自然是十分美好的。當價格低廉、技術水平高超的手術機器人真正出現(xiàn)時，未來，與手術相關的醫(yī)療費將會大大降低。

手術的未來

與其他機器人不同，手術機器人往往都由多個部件組成，有操作手術的機械臂裝置，有輔助醫(yī)生看清患者體內(nèi)圖像的顯示屏裝置，有的還有腳踏等，都是保證手術機器人能夠更好、更快完成工作的關鍵。

相較傳統(tǒng)手術，手術機器人優(yōu)勢也是顯而易見的——手術機器人更加精準和精細，在手術和住院時間、減少失血量、并發(fā)癥發(fā)生率、術后恢復等方面都具備一定的優(yōu)勢，能明顯提高病人術后生活質(zhì)量。

比如，在前列腺癌切除上，普通切除方法下，部分病人會喪失性功能，這是因為性神經(jīng)極為纖細，借助普通醫(yī)療器械無法觀察到，而手術機器人可以讓更高比例的患者保留“性”的權利。 

再比如，在腹腔鏡下，醫(yī)生只能看到黑白平面、放大兩倍的圖像，而手術機器人則能做到3D彩色、放大10-15倍；腹腔鏡手術是人手控制腔鏡，手的顫抖在終端會被放大，影響手術精確性；而手術機器人由醫(yī)生操作電腦控制，不存在抖動問題。 

手術機器人的精準和精細，也讓機器人手術出血量大大減少。以胃癌病人為例，傳統(tǒng)胃癌手術病人往往要開膛剖腹，手術時間至少3小時以上，手術一般需輸血400毫升左右，而機器人手術平均只要50-70分鐘，且由于手術更加精準、術中幾乎不出血，所以一般不需要輸血或只輸50毫升，傷口愈合也更快。

除了成熟的手術機器人受到了廣泛關注外，比當前人們認知里的手術機器人更微型化的手術機器人，也受到了許多關注。

要知道，在今天的醫(yī)學界，我們面臨的很多問題實際上都是局部性的，比如癌癥。人們可能會不幸患上肺癌或卵巢癌，但通常，我們只能用“系統(tǒng)性”的解決方法來治療局部性的癌癥問題，比如化療。這些系統(tǒng)性的方法往往不夠精確，效率很低，同時又容易產(chǎn)生很嚴重的副作用。這也正是新藥物的開發(fā)極其昂貴、90%的潛在治療方法都無法走出實驗室的原因。

而以色列初創(chuàng)Bionaut Labs公司開發(fā)出了細胞大小的機器人，它們能夠以每小時60厘米左右的速度按絕對精確的路線穿過組織，造成的創(chuàng)傷非常小。在弱磁場的引導下，這些微型機器人可以攜帶不同的有效藥物，然后根據(jù)需要定點、定時地釋放出來。盡管現(xiàn)在離實現(xiàn)它的最佳功能可能還需要幾年的時間，但是未來必定可以在診斷、定向給藥和微創(chuàng)手術等方面大放異彩。

手術室里的“大機器人”和我們身體內(nèi)的“小機器人”將徹底改變現(xiàn)有的手術形式，更重要的是，在這個各種技術日益融合的世界里，沒有任何東西是獨立運行的。人工智能已經(jīng)進入了手術室，它能夠在分析重癥監(jiān)護室的各種設備發(fā)出的大量信號的基礎上，幫助機器人在人體中穿行。但這只是開始。

當前，3D打印技術也進入了手術室。事實上，3D打印已經(jīng)在手術室中已經(jīng)存在了一段時間了?？茖W家們正在利用3D打印制作耳朵、心臟分流器、脊髓、頭蓋骨、髖關節(jié)以及個性化定制的手術工具。隨著3D打印技術的發(fā)展，人們還將制造更多的仿生人體部件。

走向太空的手術

技術的加入讓過去難以實施的微小手術成為現(xiàn)實，也拓寬了實施手術的條件，未來，手術甚至還將走向太空。

畢竟，當前，太空上沒有醫(yī)療保健服務，沒有任何醫(yī)院、沒有任何醫(yī)療機構和醫(yī)護人員。這些在今天來說并不算重要，但隨著人們太空探索的展開和太空旅游的發(fā)展，就將會成為一個重要的問題。比如，在火星上，宇航員不僅脫離了網(wǎng)絡，還距離地球十分遙遠，離他們最近的急診室需要在重力輔助裝置的幫助下飛行整整9個月才能到達。與此同時，出現(xiàn)一點點外傷就足以使宇航員感到痛苦。

說到底，當前，人們對這種特殊的太空災難毫無經(jīng)驗，但未來人類到達火星后幾乎一定會發(fā)生相關的事情。研究表明，太空中出現(xiàn)嚴重醫(yī)療問題的概率為每人每年0.06%。在一項為期數(shù)年的星際任務中，避免發(fā)生受傷這類緊急事故尤為關鍵。這就像埃隆·馬斯克曾經(jīng)解釋過的那樣：“如果安全是你的首要目標，你就不會去火星。”

對于此，華盛頓特區(qū)國家兒童醫(yī)療中心的副主任醫(yī)師彼得·金（Peter King）博士想作為軟組織自主機器人研究團隊（STAR）的一員，正在嘗試軟組織自主機器人下手，開發(fā)能夠在太空施行手術的機器人。

要知道，軟組織修復是非常麻煩的一件事。手術時經(jīng)常需要面對到處是血的狀況，而且要求操作必須精確無誤。由于醫(yī)生的訓練水平和靈巧程度各不相同，超過30%的軟組織手術會引發(fā)并發(fā)癥。而在太空中，這些并發(fā)癥很容易發(fā)展成致命的災難，所以在向其他星球移民之前就弄清楚如何進行軟組織手術是一個至關重要的任務。對于這種機器人來說，靈巧性是它們的標準配置。

在相當長的研究之后，現(xiàn)在，軟組織自主機器人縫合組織的速度比人類快了5到10倍，而且精度更高。彼得·金博士表示，未來的改進版將擁有更精細的力反饋和一組可以穿透軟組織的多光譜照相機。未來的有一天，人類再次實施火星探索任務時，軟組織自主機器人就可以保證在太空中完成的手術不會像電影《異形》中的手術那樣粗糙。

人工智能的最終目標是為病人提供更好的手術服務，不論是地球還是太空。未來，各類醫(yī)療機器人將在提升病患救治成效上發(fā)揮巨大作用，也將為面臨老齡化挑戰(zhàn)的各國提供智能硬件支持，大大提升老人、失能者的幸福指數(shù)。而顯然，能加強醫(yī)生的能力，并因此改善病人的生活的人工智能，還將為整個醫(yī)療產(chǎn)業(yè)帶來正向的效果。