投稿|人机合作的手术，会走向怎样的医学未来？投稿|医疗AI|机器人

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【投稿|人机合作的手术，会走向怎样的医学未来？】文｜观察未来科技

近日，2022世界机器人大会在北京亦庄拉开帷幕，手术机器人是此次展会的一大看点。在展会中，冬奥会运动员通过穿戴外骨骼机器人产品，进行恢复行走能力的康复训练。各式各样的手术机器人进入手术台，成为医生实现精密操作、提高手术效率和质量的重要帮手。
显然，人工智能在改善手术服务方面有着巨大的潜力。在不远的未来，医学将会由病人、医生、人工智能组成完美的三角关系——医生很有可能会凭借人工智能来加强自身的能力，而人们则能接受更先进的手术与治疗。
与人类合作当然，不管是什么形式的手术机器人，应用的底线都是安全——因为与其他领域相比，医疗领域必须将安全摆在第一。在外科手术领域，一台手术的成败往往跟手术团队的经验与默契程度、医生个人的身体与心理状况密切相关。
基于此，当人工智能参与手术，其目标也并不是取代医生，而是为了将医生们从重复性的任务中解放，让医生的能力最佳化，实现最佳的手术效果——手术机器人的出现，可以在很大程度上弥补人的因素导致的失误。
1988年，美国人设计出一套名为PROBOT的前列腺手术系统，这是世界上第一台外科手术机器人。1997年，“手术机器人之父”王友仑研制成功的扶镜机械手“伊索”，成为美国食品药品监督管理局（FDA）批准注册的第一台手术机器人，由此开启了手术机器人的商业化之路。1998年，在“伊索”的基础上，通过加装内窥镜等一系列改造，诞生了“宙斯”系统。“宙斯”可以通过遥控操作为病人进行微创手术，已经是一套完整的手术机器人系统。
2000年，美国直觉外科公司研制的达芬奇手术机器人横空出世。达芬奇手术机器人沿用了“宙斯”使用内窥镜的思路，并在3D成像和精准控制上进行了大幅提升。它由控制台、机械臂、成像系统三部分组成，能以微创法实施复杂的外科手术。临床应用结果表明，利用达芬奇手术机器人进行的手术具有更高的精确性、更好的操控。因此，达芬奇手术机器人受到了全球外科医生的欢迎。
2013年，天津大学也开发出了与达芬奇手术机器人类似的“妙手S”系统。为规避相关专利风险，该系统采用了许多创新设计，主要由医生控制台和从手台车两大部分组成，可应用于肝胆胰外科、胃肠外科、泌尿外科、妇科、胸外科。“妙手S”已在2017年9月通过了中国国家食品药品监督管理总局（CFDA）的创新医疗器械特别审批，其产业化工作由天津大学、威高集团共同推进。
除达芬奇、妙手S这样的腹腔镜手术机器人外，骨科手术机器人、神经外科手术机器人也是手术机器人领域的研发重点。天智航研发的天玑骨科机器人能处理长骨骨折、股骨颈骨折、骨盆骨折等骨创伤，手术精度可达到0.8毫米，使患者减少70%以上的术中辐射，并可减少术中失血量和组织微创。
柏惠维康研发的“睿米”神经外科手术机器人定位精度达到1毫米，创口仅有2毫米，已应用于颅内活检、脑出血、帕金森、癫痫等近百种神经外科疾病。目前，天玑和睿米都已取得由CFDA颁发的第三类医疗器械注册证。
还有几十种手术机器人正在推向市场，尤其是在2018年达芬奇手术机器人的第一批专利保护陆续到期后，美敦力、施乐辉、强生、西门子、史赛克、Globus Medical、NuVasive、Zimmer Biomet等公司争更是相继涌入手术机器人市场，斥巨资并购相关企业，争夺市场蛋糕。
几乎所有专业的机器人都在研发中。值得一提的是，这些机器人大部分都是人机合作机器人，换言之，它们的主要作用是帮助外科医生，而不是代替外科医生。比如，此次展会上，康多机器人的外科手术系统可以在手术过程中，将图像放大10倍以上，让医生更加清晰的看到患者内部解剖结构。它还有七自由度的主操作手，能真实模拟医生手部位置和姿态。
并且，外科机器人医生能够以非常低的成本——只占现有成本的极小一部分，就能完美地完成常规手术，其大众化前景自然是十分美好的。当价格低廉、技术水平高超的手术机器人真正出现时，未来，与手术相关的医疗费将会大大降低。
手术的未来与其他机器人不同，手术机器人往往都由多个部件组成，有操作手术的机械臂装置，有辅助医生看清患者体内图像的显示屏装置，有的还有脚踏等，都是保证手术机器人能够更好、更快完成工作的关键。
相较传统手术，手术机器人优势也是显而易见的——手术机器人更加精准和精细，在手术和住院时间、减少失血量、并发症发生率、术后恢复等方面都具备一定的优势，能明显提高病人术后生活质量。
比如，在前列腺癌切除上，普通切除方法下，部分病人会丧失性功能，这是因为性神经极为纤细，借助普通医疗器械无法观察到，而手术机器人可以让更高比例的患者保留“性”的权利。
再比如，在腹腔镜下，医生只能看到黑白平面、放大两倍的图像，而手术机器人则能做到3D彩色、放大10-15倍；腹腔镜手术是人手控制腔镜，手的颤抖在终端会被放大，影响手术精确性；而手术机器人由医生操作电脑控制，不存在抖动问题。
手术机器人的精准和精细，也让机器人手术出血量大大减少。以胃癌病人为例，传统胃癌手术病人往往要开膛剖腹，手术时间至少3小时以上，手术一般需输血400毫升左右，而机器人手术平均只要50-70分钟，且由于手术更加精准、术中几乎不出血，所以一般不需要输血或只输50毫升，伤口愈合也更快。
除了成熟的手术机器人受到了广泛关注外，比当前人们认知里的手术机器人更微型化的手术机器人，也受到了许多关注。
要知道，在今天的医学界，我们面临的很多问题实际上都是局部性的，比如癌症。人们可能会不幸患上肺癌或卵巢癌，但通常，我们只能用“系统性”的解决方法来治疗局部性的癌症问题，比如化疗。这些系统性的方法往往不够精确，效率很低，同时又容易产生很严重的副作用。这也正是新药物的开发极其昂贵、90%的潜在治疗方法都无法走出实验室的原因。
而以色列初创Bionaut Labs公司开发出了细胞大小的机器人，它们能够以每小时60厘米左右的速度按绝对精确的路线穿过组织，造成的创伤非常小。在弱磁场的引导下，这些微型机器人可以携带不同的有效药物，然后根据需要定点、定时地释放出来。尽管现在离实现它的最佳功能可能还需要几年的时间，但是未来必定可以在诊断、定向给药和微创手术等方面大放异彩。
手术室里的“大机器人”和我们身体内的“小机器人”将彻底改变现有的手术形式，更重要的是，在这个各种技术日益融合的世界里，没有任何东西是独立运行的。人工智能已经进入了手术室，它能够在分析重症监护室的各种设备发出的大量信号的基础上，帮助机器人在人体中穿行。但这只是开始。
当前，3D打印技术也进入了手术室。事实上，3D打印已经在手术室中已经存在了一段时间了。科学家们正在利用3D打印制作耳朵、心脏分流器、脊髓、头盖骨、髋关节以及个性化定制的手术工具。随着3D打印技术的发展，人们还将制造更多的仿生人体部件。
走向太空的手术技术的加入让过去难以实施的微小手术成为现实，也拓宽了实施手术的条件，未来，手术甚至还将走向太空。
毕竟，当前，太空上没有医疗保健服务，没有任何医院、没有任何医疗机构和医护人员。这些在今天来说并不算重要，但随着人们太空探索的展开和太空旅游的发展，就将会成为一个重要的问题。比如，在火星上，宇航员不仅脱离了网络，还距离地球十分遥远，离他们最近的急诊室需要在重力辅助装置的帮助下飞行整整9个月才能到达。与此同时，出现一点点外伤就足以使宇航员感到痛苦。
说到底，当前，人们对这种特殊的太空灾难毫无经验，但未来人类到达火星后几乎一定会发生相关的事情。研究表明，太空中出现严重医疗问题的概率为每人每年0.06% 。在一项为期数年的星际任务中，避免发生受伤这类紧急事故尤为关键。这就像埃隆·马斯克曾经解释过的那样：“如果安全是你的首要目标，你就不会去火星。”
对于此，华盛顿特区国家儿童医疗中心的副主任医师彼得·金（Peter King）博士想作为软组织自主机器人研究团队（STAR）的一员，正在尝试软组织自主机器人下手，开发能够在太空施行手术的机器人。
要知道，软组织修复是非常麻烦的一件事。手术时经常需要面对到处是血的状况，而且要求操作必须精确无误。由于医生的训练水平和灵巧程度各不相同，超过30%的软组织手术会引发并发症。而在太空中，这些并发症很容易发展成致命的灾难，所以在向其他星球移民之前就弄清楚如何进行软组织手术是一个至关重要的任务。对于这种机器人来说，灵巧性是它们的标准配置。
在相当长的研究之后，现在，软组织自主机器人缝合组织的速度比人类快了5到10倍，而且精度更高。彼得·金博士表示，未来的改进版将拥有更精细的力反馈和一组可以穿透软组织的多光谱照相机。未来的有一天，人类再次实施火星探索任务时，软组织自主机器人就可以保证在太空中完成的手术不会像电影《异形》中的手术那样粗糙。
人工智能的最终目标是为病人提供更好的手术服务，不论是地球还是太空。未来，各类医疗机器人将在提升病患救治成效上发挥巨大作用，也将为面临老龄化挑战的各国提供智能硬件支持，大大提升老人、失能者的幸福指数。而显然，能加强医生的能力，并因此改善病人的生活的人工智能，还将为整个医疗产业带来正向的效果。