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(shù)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(jìn)行恢復(fù)行走能力的康復(fù)訓(xùn)練。各式各樣的手術(shù)機器人進(jìn)入手術(shù)臺，成為醫(yī)生實現(xiàn)精密操作、提高手術(shù)效率和質(zhì)量的重要幫手。
顯然，人工智能在改善手術(shù)服務(wù)方面有著巨大的潛力。在不遠(yuǎn)的未來，醫(yī)學(xué)將會由病人、醫(yī)生、人工智能組成完美的三角關(guān)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(jìn)的手術(shù)與治療。
與人類合作
當(dāng)然，不管是什么形式的手術(shù)機器人，應(yīng)用的底線都是安全——因為與其他領(lǐng)域相比，醫(yī)療領(lǐng)域必須將安全擺在第一。在外科手術(shù)領(lǐng)域，一臺手術(shù)的成敗往往跟手術(shù)團(tuán)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(guān)。
基于此，當(dāng)人工智能參與手術(shù)，其目標(biāo)也并不是取代醫(yī)生，而是為了將醫(yī)生們從重復(fù)性的任務(wù)中解放，讓醫(yī)生的能力最佳化，實現(xiàn)最佳的手術(shù)效果——手術(shù)機器人的出現(xiàn)，可以在很大程度上彌補人的因素導(dǎo)致的失誤。
1988年，美國人設(shè)計出一套名為PROBOT的前列腺手術(shù)系統(tǒng)，這是世界上第一臺外科手術(shù)機器人。1997年，“手術(shù)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(zhǔn)注冊的第一臺手術(shù)機器人，由此開啟了手術(shù)機器人的商業(yè)化之路。1998年，在“伊索”的基礎(chǔ)上，通過加裝內(nèi)窺鏡等一系列改造，誕生了“宙斯”系統(tǒng)。“宙斯”可以通過遙控操作為病人進(jìn)行微創(chuàng)手術(shù)，已經(jīng)是一套完整的手術(shù)機器人系統(tǒng)。
2000年，美國直覺外科公司研制的達(dá)芬奇手術(shù)機器人橫空出世。達(dá)芬奇手術(shù)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(zhǔn)控制上進(jìn)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(fù)雜的外科手術(shù)。臨床應(yīng)用結(jié)果表明，利用達(dá)芬奇手術(shù)機器人進(jìn)行的手術(shù)具有更高的精確性、更好的操控。因此，達(dá)芬奇手術(shù)機器人受到了全球外科醫(yī)生的歡迎。
2013年，天津大學(xué)也開發(fā)出了與達(dá)芬奇手術(shù)機器人類似的“妙手S”系統(tǒng)。為規(guī)避相關(guān)專利風(fēng)險，該系統(tǒng)采用了許多創(chuàng)新設(shè)計，主要由醫(yī)生控制臺和從手臺車兩大部分組成，可應(yīng)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(xué)、威高集團(tuán)共同推進(jìn)。
除達(dá)芬奇、妙手S這樣的腹腔鏡手術(shù)機器人外，骨科手術(shù)機器人、神經(jīng)外科手術(shù)機器人也是手術(shù)機器人領(lǐng)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(shù)精度可達(dá)到0.8毫米，使患者減少70%以上的術(shù)中輻射，并可減少術(shù)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(shù)機器人定位精度達(dá)到1毫米，創(chuàng)口僅有2毫米，已應(yīng)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(shù)機器人正在推向市場，尤其是在2018年達(dá)芬奇手術(shù)機器人的第一批專利保護(hù)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(shù)機器人市場，斥巨資并購相關(guān)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(shù)系統(tǒng)可以在手術(shù)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(jié)構(gòu)。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(shù)，其大眾化前景自然是十分美好的。當(dāng)價格低廉、技術(shù)水平高超的手術(shù)機器人真正出現(xiàn)時，未來，與手術(shù)相關(guān)的醫(yī)療費將會大大降低。
手術(shù)的未來
與其他機器人不同，手術(shù)機器人往往都由多個部件組成，有操作手術(shù)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(shù)機器人能夠更好、更快完成工作的關(guān)鍵。
相較傳統(tǒng)手術(shù)，手術(shù)機器人優(yōu)勢也是顯而易見的——手術(shù)機器人更加精準(zhǔn)和精細(xì)，在手術(shù)和住院時間、減少失血量、并發(fā)癥發(fā)生率、術(shù)后恢復(fù)等方面都具備一定的優(yōu)勢，能明顯提高病人術(shù)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(xì)，借助普通醫(yī)療器械無法觀察到，而手術(shù)機器人可以讓更高比例的患者保留“性”的權(quán)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(shù)機器人則能做到3D彩色、放大10-15倍；腹腔鏡手術(shù)是人手控制腔鏡，手的顫抖在終端會被放大，影響手術(shù)精確性；而手術(shù)機器人由醫(yī)生操作電腦控制，不存在抖動問題。
手術(shù)機器人的精準(zhǔn)和精細(xì)，也讓機器人手術(shù)出血量大大減少。以胃癌病人為例，傳統(tǒng)胃癌手術(shù)病人往往要開膛剖腹，手術(shù)時間至少3小時以上，手術(shù)一般需輸血400毫升左右，而機器人手術(shù)平均只要50-70分鐘，且由于手術(shù)更加精準(zhǔn)、術(shù)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(shù)機器人受到了廣泛關(guān)注外，比當(dāng)前人們認(rèn)知里的手術(shù)機器人更微型化的手術(shù)機器人，也受到了許多關(guān)注。
要知道，在今天的醫(yī)學(xué)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(yán)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(xì)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(dǎo)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(shù)等方面大放異彩。
手術(shù)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(shù)形式，更重要的是，在這個各種技術(shù)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(jìn)入了手術(shù)室，它能夠在分析重癥監(jiān)護(hù)室的各種設(shè)備發(fā)出的大量信號的基礎(chǔ)上，幫助機器人在人體中穿行。但這只是開始。
當(dāng)前，3D打印技術(shù)也進(jìn)入了手術(shù)室。事實上，3D打印已經(jīng)在手術(shù)室中已經(jīng)存在了一段時間了?？茖W(xué)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(guān)節(jié)以及個性化定制的手術(shù)工具。隨著3D打印技術(shù)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(shù)
技術(shù)的加入讓過去難以實施的微小手術(shù)成為現(xiàn)實，也拓寬了實施手術(shù)的條件，未來，手術(shù)甚至還將走向太空。
畢竟，當(dāng)前，太空上沒有醫(yī)療保健服務(wù)，沒有任何醫(yī)院、沒有任何醫(yī)療機構(gòu)和醫(yī)護(hù)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(luò)，還距離地球十分遙遠(yuǎn)，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(dá)。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(dāng)前，人們對這種特殊的太空災(zāi)難毫無經(jīng)驗，但未來人類到達(dá)火星后幾乎一定會發(fā)生相關(guān)的事情。研究表明，太空中出現(xiàn)嚴(yán)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(wù)中，避免發(fā)生受傷這類緊急事故尤為關(guān)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(biāo)，你就不會去火星?！?/p>
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(tuán)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(shù)的機器人。
要知道，軟組織修復(fù)是非常麻煩的一件事。手術(shù)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(xùn)練水平和靈巧程度各不相同，超過30%的軟組織手術(shù)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(zāi)難，所以在向其他星球移民之前就弄清楚如何進(jìn)行軟組織手術(shù)是一個至關(guān)重要的任務(wù)。對于這種機器人來說，靈巧性是它們的標(biāo)準(zhǔn)配置。
在相當(dāng)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(jìn)版將擁有更精細(xì)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(wù)時，軟組織自主機器人就可以保證在太空中完成的手術(shù)不會像電影《異形》中的手術(shù)那樣粗糙。
人工智能的最終目標(biāo)是為病人提供更好的手術(shù)服務(wù)，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。