因?yàn)榧记傻某砷L，醫(yī)療手術(shù)在曩昔兩三百年間在平安性、靠得住性，而且加快病人的康復(fù)上取得了停頓。好比，1967年人類完成了第一例心臟移植，1975年微創(chuàng)手術(shù)涌現(xiàn)，到2010年完成全體面部置換手術(shù)。

在曩昔二三十年中，微創(chuàng)手術(shù)切實(shí)其實(shí)成長得異常好，重要得益于微創(chuàng)手術(shù)器械、影象等各方面的支持。 我們在做手術(shù)之前，對全部手術(shù)已有異常好的斷定。怎樣做、若何達(dá)到病灶，如何最年夜水平地加重苦楚，加速病人康復(fù)，這些都是微創(chuàng)手術(shù)的初志。然則，現(xiàn)有微創(chuàng)手術(shù)有一個缺陷就是操作絕對艱苦。為懂得決這些成績，在九十年月，手術(shù)機(jī)械人開端獲得推行。手術(shù)機(jī)械人有哪些長處？重要可以處理微創(chuàng)手術(shù)三個成績。

第一，停止精細(xì)操作時，眼睛和手的活動兩個軸之間最好要重合，假如眼睛看一個處所，手往別的一個處所，許多精致的操作就比擬艱苦。 第二，靈活的手術(shù)器械，如許許多龐雜的操作包含精密縫合就可以做。第三，視野和舉措可以同時縮小而且除顫。往后，機(jī)械人可以經(jīng)由過程天然腔道進(jìn)入人體，而且會有許多顯微手術(shù)可用機(jī)械人做。

二十五年手術(shù)機(jī)械人之變

早在九十年月， 美國的Computer Motion Inc 宣布了AESOP體系并獲得了FDA認(rèn)證。它重要經(jīng)由過程語音辨認(rèn)來掌握內(nèi)窺鏡。以后該公司成長了Zeus體系，如許大夫可以坐著操作主機(jī)械臂，眼睛的軸跟舉措的軸重合，而且視野和活動同時縮小，以便于操作纖細(xì)手術(shù)。 達(dá)芬奇體系也具有雷同功效，如今它已在臨床獲得普遍運(yùn)用。

綜不雅曩昔二三十年，手術(shù)機(jī)械人已從一個簡略的體系成長成明天能停止周詳掌握而且多人協(xié)作的體系。在手術(shù)機(jī)械人范疇，還有許多其他體系，包含骨科和血汗管參與的機(jī)械人。

如今，手術(shù)機(jī)械人成長一日千里。25年前，手術(shù)機(jī)械人是一新興的技巧，如今，手術(shù)機(jī)械人曾經(jīng)逐步普及。然則，它的成績在于：第一，價(jià)錢偏高；第二，實(shí)用癥不是太全；第三，術(shù)中影象和真實(shí)的智能方面還未很好的聯(lián)合。雖然如斯，手術(shù)機(jī)械人的市場仍然被看好，手術(shù)機(jī)械人年均復(fù)合增長率在13%閣下，在 2020 年能夠到達(dá) 180 億美元的市場范圍，而這些都是絕對比擬守舊的預(yù)算。

手術(shù)機(jī)械人的重要功效是甚么

上面我把手術(shù)機(jī)械人重要功效給年夜家演示一下。及時手術(shù)導(dǎo)航如今在臨床上用得其實(shí)不是太廣，但在往后幾年，手術(shù)導(dǎo)航和加強(qiáng)實(shí)際會有許多成長和運(yùn)用。由于盤算機(jī)視覺包含人工智能， 及時配準(zhǔn)，再加上加強(qiáng)實(shí)際算法，會有很年夜進(jìn)步。它所要到達(dá)的境地可以用上面的視頻來演示。這是腎臟的部分腫瘤切除。該體系能把術(shù)前影象和術(shù)中視覺停止三維重構(gòu)和配準(zhǔn)。這不是一個簡略的組合，而是及時跟蹤的，腫瘤的界限都能看得異常清晰。這套體系由帝國理工醫(yī)學(xué)院開辟，曾經(jīng)在臨床上有許多運(yùn)用，特別是在微創(chuàng)泌尿內(nèi)科。

現(xiàn)有手術(shù)機(jī)械人可以或許應(yīng)對的實(shí)用癥其實(shí)不是太廣，如今重要運(yùn)用于婦科和泌尿內(nèi)科， 固然還有骨科。在其他內(nèi)科范疇，其實(shí)不是太多。關(guān)于手術(shù)機(jī)械人，特別是須要精準(zhǔn)參與，好比心臟手術(shù)、腦神經(jīng)內(nèi)科和顯微手術(shù)，更須要機(jī)械人。然則，在這些范疇，機(jī)械人的成長其實(shí)不太成熟。在手術(shù)機(jī)械人范疇，美國切實(shí)其實(shí)走在了我們后面，特別是Intuitive Surgical。它的下一代產(chǎn)物（達(dá)芬奇SP) 曾經(jīng)閱歷了多年的臨床研討。它重要用于單孔微創(chuàng)手術(shù)，也將近推向市場了。

那末市場怎樣樣？全球在用的達(dá)芬奇體系機(jī)械人年夜概有4000多臺。年夜家可以想一想，中國有若干三甲病院，所以市場只是方才開端，前程異常可不雅。由于這個緣由，世界各地很多始創(chuàng)公司也象雨后春筍一樣成長起來。特別在北美、歐洲，如今在國際也有許多投資公司或許始創(chuàng)公司在結(jié)構(gòu)這一范疇。

又貴、又年夜、又強(qiáng)照樣又小、又靈活、又智能？

從往后的成長偏向來看，我認(rèn)為我們對機(jī)械人的成長要做一些思慮。往后的手術(shù)機(jī)械人是應(yīng)當(dāng)成長得又貴、又年夜、又強(qiáng)照樣又小、又靈活、又智能？應(yīng)當(dāng)朝如何的偏向成長？是把價(jià)錢做得更高？照樣把裝備做得更普及，讓年夜眾沾恩？

《迷信》機(jī)械人子刊在本年3月時，對往后手術(shù)機(jī)械人的成長做了一些論述。現(xiàn)實(shí)上，在主動駕駛范疇，已有絕對應(yīng)的成長定位。我們把醫(yī)用機(jī)械人分紅6級。 低級也就是0級——大夫往哪里指，手術(shù)機(jī)械臂就往哪里走，其實(shí)不存在智能功效。第五級是全智能的手術(shù)機(jī)械人——這時候完整用不著大夫，機(jī)械人可以主動診斷，主動停止手術(shù)的一切步調(diào)。第五等能夠完成嗎？病人接收得了嗎？在司法和倫理方面，能不克不及經(jīng)由過程？也是值得思慮的成績。

我小我以為，在我有生之年，第五級機(jī)械人完成的能夠性其實(shí)不年夜。在研討和家當(dāng)方面，1、2、3、4級醫(yī)用機(jī)械人更實(shí)際。我們要結(jié)構(gòu)在哪一級？與國際臨床需求能不克不及聯(lián)合？可否經(jīng)由過程司法和倫理？這是我們須要斟酌的成績。

第1級機(jī)械人可以做一些簡略的幫助。好比在手術(shù)進(jìn)程中若何躲避年夜血管和主要的神經(jīng)體系。第2級手術(shù)機(jī)械人可以主動完成大夫指定的一小步調(diào)。好比，把血管或其他器官組織停止縫合。縫合常常是機(jī)械、反復(fù)的步調(diào)，未來完整可讓機(jī)械人去做。到了第3級，手術(shù)機(jī)械人便可以把手術(shù)傍邊的一個步調(diào)主動做了，固然還完整在臨床大夫的掌控當(dāng)中。第4級手術(shù)機(jī)械人的程度便可到達(dá)普通內(nèi)科大夫了，但它還沒有對術(shù)中龐雜、突發(fā)事宜的應(yīng)對才能，所以還須要有有經(jīng)歷的大夫在旁邊看著，以防意外。第5級也就是第一流，它完整就象一個主任大夫了，可以全主動停止手術(shù)，無需工資干涉。往后25年，機(jī)械人會逐步走向更智能化。機(jī)械人和智能聯(lián)合起來，這是一個異常好的場景。

往后假如我們要在技巧方面結(jié)構(gòu)，也是從1到2、到3、4級去開辟，就須要人機(jī)合一。 這是我們研發(fā)的一個機(jī)械臂，從活動阻力方面看，它是“通明”的，剛?cè)岵⒕撸脮r，用很小的力，乃至用羽毛就可以推進(jìn)它。所以在平安性、靠得住性、靈活性上，有異常好的機(jī)能。

談到人機(jī)合一，機(jī)械和人如何能力有用協(xié)作？一個智者，更多時光是不雅察、懂得人家怎樣說，怎樣做，而不是本身在滾滾不停的說或獨(dú)行其是的做。

1960年，英國一個有名的神經(jīng)內(nèi)科大夫 William Grey Walter，把電極移植到年夜腦皮層，經(jīng)由過程思想活動停止掌握。固然這對正常的人機(jī)交互不實(shí)際，把電極移植到本身的年夜腦皮層，任何大夫也都不會準(zhǔn)許。其它有甚么辦法呢？我們可以用年夜腦功效影象或EEG， MEG，和fNIRS。

有一句話叫做“眉頭一皺，計(jì)上心來”。這是甚么概念？我們?nèi)粘Ｆ椒膊凰紤]時，年夜腦前額皮層根本沒有甚么旌旗燈號，然則要做一些比擬龐雜的工作時，這里年夜腦皮層的運(yùn)動就許多。這有甚么感化？好比，大夫在做一個異常龐雜的手術(shù)，同時年夜腦皮層被機(jī)械人監(jiān)控。大夫假如認(rèn)為難度很年夜，覺得異常重要，年夜腦前額皮層就會出現(xiàn)出異常多的運(yùn)動，這時候機(jī)械人停止的幫助就要多一點(diǎn)，讓大夫把舉措慢上去，停止提醒和贊助。假如做手術(shù)的時刻輕車熟路，就不須要機(jī)械人參與。固然這些如今還只限于基本研討，要把它真正用在手術(shù)室內(nèi)用于人機(jī)交互還不實(shí)際。

人機(jī)合一，必定如果人跟機(jī)械人之間停止無機(jī)聯(lián)合。這是我們試驗(yàn)室經(jīng)由過程 EEG, 完整用想象來掌握一個機(jī)械人的行走。

固然，做手術(shù)時場景更龐雜。畢竟能不克不及經(jīng)由過程不雅察，懂得內(nèi)科大夫的做法，把他頭腦里想甚么、想做甚么發(fā)掘出來？這就是往后人機(jī)交互中很好的研討偏向之一。

一種比擬可行的方法是經(jīng)由過程眼動儀來完成。眼動儀把紅外光打在眼球上，經(jīng)由過程反光， 盤算亮點(diǎn)和瞳孔之間的絕對間隔，可以把你看的偏向和留意點(diǎn)測出來。如今眼動儀可以和盤算機(jī)屏幕聯(lián)合起來，或許用在手機(jī)上，臨床上測試也有許多運(yùn)用。

如今我來做一個試驗(yàn)，在這張圖片里，有許多方塊，每個方塊里有兩種色彩，在圖中只要一個是黃綠相配，年夜家找找看。

（試驗(yàn)停止了三次，每次圖片的方塊數(shù)目比之前一張多）

我問年夜家一個成績，你在找的時刻，怎樣找？用了甚么戰(zhàn)略？為何第二次比第一次做得好？固然是學(xué)得越多做得越快。但在查找傍邊你運(yùn)用了甚么戰(zhàn)略？是潛認(rèn)識照樣成心的？先看看我的博士生是怎樣找的？他找第二個和第一個的時刻，看似相差很年夜，其實(shí)搜刮戰(zhàn)略現(xiàn)實(shí)上沒有轉(zhuǎn)變。人眼看一張圖片，100毫秒以內(nèi)眼睛怎樣動，怎樣搜刮曾經(jīng)立時決議了，這叫并行檢索。眼睛是不動的，全部情形全局概念有了，然后就是一個點(diǎn)一個點(diǎn)停止掃描。人眼在辨認(rèn)時，在每個點(diǎn)要逗留100毫秒閣下，能力鑒別細(xì)節(jié)。 由于第一張圖片全部色彩差不多，有黑、黃、綠、紅，這時候沒有更好的戰(zhàn)略，你可以隨機(jī)做或許一行一行掃上去，這也是不錯的戰(zhàn)略。到第二幅，他在100毫秒里立時做出決議，由于全部圖片綠色不多，而我們要找的圖案黃綠相間，那末我把一切含綠色的方塊都掃一遍，確定能很快找到最初的目的。這就是他的戰(zhàn)略。

如許的研討關(guān)于手術(shù)有甚么用？適才提到，AESOP體系用語音掌握內(nèi)窺鏡，手術(shù)室聲響喧鬧，欠好用。假如應(yīng)用你的視覺信息，內(nèi)窺鏡怎樣挪動便可以全主動化，隨你志愿而掌握。由于我曉得你想看哪里，下一步怎樣走，都懂得到了。這是我們的一套機(jī)械人演示體系，這里有一個眼動儀，做的時刻一向丈量大夫的眼動。面臨分歧的大夫，機(jī)械臂會有分歧的反響，似乎曉得你想怎樣做，曉得怎樣贊助你，聚焦在最好視野。我第一次試用這個體系時，異常驚奇，感到機(jī)械人一下活了起來，這就是往后機(jī)械人如何能懂得操作者，變得智能化。

手術(shù)機(jī)械人成長前沿

適才提到，古代手術(shù)機(jī)械人有很多可以改良的處所，比擬粗笨，不智能化。第一，如何把它智能化？這是我們做的一套體系，很小。這是它的超柔臂，也能夠做單孔、多孔，和經(jīng)天然腔道。因?yàn)榍坏喇惓＊M小，要停止異常精致的手術(shù)操作比擬難。我們也有蛇形手術(shù)機(jī)械人。經(jīng)由過程柔性、蛇形機(jī)械人進(jìn)入體內(nèi)，把內(nèi)窺鏡做得異常柔嫩，但又完整可控。

由于很多多少疾病源于天然腔道，對疾病的晚期醫(yī)治很有遠(yuǎn)景。 蛇形機(jī)械人可以把影象加出來，好比磁共振，超聲，CT斷層掃描，也能夠把細(xì)胞層面聯(lián)合起來，好比顯微影象。這是共聚焦成像，停止光活檢。往后的醫(yī)學(xué)必定是晚期診斷晚期醫(yī)治，輔以精準(zhǔn)手術(shù)。晚期病灶常常異常小，應(yīng)用手術(shù)機(jī)械人加上影象，一邊手術(shù)邊，一邊及時把腫瘤界限檢測出來。往后手術(shù)中看見的不會長短常年夜的器械，而長短常靈活、無處不在的機(jī)械人手術(shù)器械。

結(jié)語

最初，要強(qiáng)調(diào)的是：25年之前，手術(shù)機(jī)械人切實(shí)其實(shí)是一個新興事物，這一階段的重要目標(biāo)是若何把手術(shù)機(jī)械人用起來，處理一些成績。往后25年，手術(shù)機(jī)械人的成長偏向是：第一，智能化。所謂的智能化其實(shí)不是簡略的用人工智能能處理，普通人工智能處理不了的成績，就用深度進(jìn)修。深度進(jìn)修在手術(shù)運(yùn)用上要比擬留意，由于每一個人的病癥紛歧樣， 體內(nèi)情況紛歧樣，沒有 “年夜數(shù)據(jù)”去供給機(jī)械進(jìn)修、練習(xí)。 機(jī)械人的智能更多在于人和機(jī)械的無機(jī)聯(lián)合。人和機(jī)械二者聯(lián)合，相互懂得，智能銜接。第二，機(jī)械方面，若何把機(jī)械臂做小，做周詳，剛?cè)岵⒕撸@是往后值得做的器械。第三，傳感影象聯(lián)合起來，包含力、觸覺反應(yīng)和顯微及時影象。

假如能把這幾點(diǎn)做好，做精了，往后25年，手術(shù)機(jī)械人在臨床上會用得愈來愈多，由于它能處理一些如今弗成處理的成績。臨床上也可以或許助力成長精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)。在精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)中，精準(zhǔn)手術(shù)會先行一步，這一切須要手術(shù)機(jī)械人、影象、傳感、人工智能、盤算機(jī)視覺周全成長，也須要年夜家一路研討、運(yùn)用、家當(dāng)化、和臨床推行上協(xié)作盡力。