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手术机器人赋予医生“超能力”

2017-03-06 10:05
野明月
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为何独占鳌头

全世界对手术机器人的探索在20世纪80年代就开始了。1985年,美国研究者就尝试用工业机器人辅助进行脑组织活检,这也是手术机器人的雏形。此后的上世纪80年代末90年代初,诞生了专门用于手术的外科机器,较有代表性的是RoboDoc外科手术机器人。1994年,美国Computer Motion公司研制的伊索(Aesop)持镜机器人,实现了比人更精确、一致的镜头运动,迈出了机器人微创手术系统研发的关键一步,但它还不能独自执行指令进行手术操作,只是一只“扶镜”的电子机械手。1996年,Computer Motion又研发出宙斯(Zeus)机器人外科手术系统,尝试用于微创手术。

1999年,美国Intuitive Surgical公司发布了达芬奇外科手术机器人,从此为手术机器人研发和应用打开了一个新局面。达芬奇手术机器人由外科医生控制台、床旁机械臂系统和成像系统三部分组成。与人手相比,它的仿真手腕器械有7个自由度,更加灵活、精确,还可以自动滤除震颤,比人手更稳定。此外,它的成像技术更加逼真,裸眼3D立体高清图像可以将图像放大10倍。自发布后,达芬奇手术机器人便一发不可收拾,迅速应用到世界各地,几乎垄断了全球的手术机器人市场,并一直延续至今。

2000年,达芬奇手术机器人被美国药监局正式批准投入使用认证,成为全球首套可以在腹腔手术中使用的手术机器人。301医院在2006年底引进了中国大陆第一台达芬奇手术机器人,并在2007年完成了第一例手术。2014年,达芬奇手术机器人更新了第四代系统。

在杜志江看来,达芬奇手术机器人之所以能够独占鳌头,其对工程技术与医疗需求紧密结合的重视功不可没。“我去Intuitive Surgical公司参观时就看到,公司的工程技术人员每天的重要工作之一就是与医生充分交流,使机器人最大程度满足医生的需要。”杜志江总结说,“达芬奇手术机器人有多条机械臂,用多臂协调的方式完成手术;它对人体切口位置的要求放宽了,在手术过程中,机械臂要从人身体的切口进入,如果切口要求太过严格,有些术式就不好操作了;此外,达芬奇手术机器人便于快捷摆位,减少了手术的准备时间。特别是当手术过程中发生意外要从微创手术转为开放式手术时,就需要把手术机器人的器械在非常短的时间内撤除;达芬奇手术机器人的接口统一,减少了手术更换器械的时间;另外,它还可以按术式主动预设,不断提高机器人的智能水平。这些年来,达芬奇手术机器人的研发一直在沿着这些方向往前走。”

医工结合是重点

上世纪90年代,国内开始涉猎手术机器人的研究。典型的系统如北京航空航天大学和海军总医院联合研制的脑外科手术机器人、北京航空航天大学研制的骨科手术机器人,都获得了国家食品药品监督管理总局的认证。

此外,哈尔滨工业大学在腹腔镜、骨科、介入手术等领域开展了研究,中国科学院自动化研究所等在血管介入、骨科等领域开展研究,天津大学在腹腔镜、显微外科等领域开展研究,北京理工大学在软组织穿刺、颅颌面外科等领域开展研究,复旦大学、浙江大学等也都在医用机器人方面开展了研究,并取得了成果。

杜志江认为,要做好手术机器人的研发,首先必须要注重医工结合。“医生要把手术操作流程、对手术机器人的使用需求和医疗应用禁忌讲清楚,可以海阔天空地提出一些主观性的内容。工程技术人员则需要倾听、理解,确定设计输入,规划实现方式,然后用工学语言表达出来,拿出样机后再跟医生进行反复交流。医生与工程技术人员一定要互动,这种互动可能是长期的。”

在杜志江看来,当前医用机器人发展拥有良好的前景。当下,医用机器人的全球市场正在持续高速增长,国内也陆续出台了多个战略规划和支持政策促进机器人产业的健康和快速发展,包括《中国制造2025》《机器人产业发展规划(2016—2020年)》等,其中医用机器人是重要的一部分。“作为机器人的一种,手术机器人在机构、传感、控制、交互、互联网等技术方面都有着无限的创新空间。”杜志江表示。

与此同时,手术机器人发展也面临着来自技术、人才、资本、市场、政策等方面的挑战。“手术机器人是高度技术密集型机器人系统,技术门槛高,需要机器人、医疗器械、医学等各方面的人才,尤其是跨界的复合型人才。手术机器人的研发周期也较长,一般要6~10年,投资大,风险大,需要持续性投入。”杜志江说,“要想在手术机器人研发领域取得突出进展,就要建立‘政—产—学—研—医’结合的长效机制,形成政府引导、资本支持、企业努力、研发团队争气、医生敢想敢试的局面,打通研发、注册、生产、销售的链条。这还需要多方共同努力。”

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