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医疗机器人该如何发展

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  机器人来自于人类浪漫主义思维的放飞。它从人类美好的幻景中走出来,解放人类双手,甚至在工作效率方面优于人类。机器人的发展方兴未艾,对于机器人应用在更加细分的医疗领域,低智能机器人显然已经无法满足临床应用需求。站在“新基建”风口,医疗机器人新技术与临床应用又将走向何方,在第三届国际医用机器人创新发展论坛上,中国工程院院士、中国生物医学工程学会医用机器人工程与临床应用分会主任委员田伟带来了他的思考。

  Robot从幻想走进现实

  《汤问》十三章中提到,“能倡者”巧夫颌其颐……描述了非常著名的巧匠,为周穆王制造了一个歌舞机器人,这也是人类通过文学对于机器人最早的幻想与追求。1920年,捷克作家卡雷尔在其讽刺剧《罗萨姆的万能机器人》中塑造了一个愿意为人类服务的机器奴仆ROBOTA。如今机器人(Robot)一词便是来源于此。直到1958年,机器人终于从浪漫的文字中走入现实,机器人UNIMATION的诞生,让企业惊喜地发现,它能准确地重复着笨重且标准化的劳动,不知疲倦,它在生产线上比工人的效率还要高。

  从最早应用于工业领域的大型机器人,到如今花费千元就可以得到一个小型陪伴机器人,机器人一词开始与多个领域相融合,体型也变得“苗条”“小巧”。那机器人不断革新的过程中,如何划定机器人的范围?田伟认为,机器人应该是以模拟和超越人的某些能力为目标,在运动过程中,部分或者全部进行自主判断和运动的设备。具体来讲,可以分为低智能机器人,即按照标准化程序进行判断和运动的机器人,某些能力会超越人类;高智能机器人,即按照人类规定的社会法规和道德伦理原则,通过学习不断提高水平,某些能力可以远超人类,对已知和未知事物进行自主判断和行动的机器人。

  医疗机器人在矛盾中前行

  “希望标准化而又难于标准化,因为人太复杂,每一个人都有它的个体性;希望对象是刚体,而实际上人的组织是软体;工程师希望制造的机器人能替代医生,但医生希望有一个助手。”田伟认为,在这样的矛盾和需求中,医疗机器人也是不断向前发展的。

  1985年,基于工业机器人平台的拿来主义,脑组织穿刺机器人出现,由于操作繁琐和不准确两个致命缺点,很快被弃用。1991年,第一个专用骨科手术机器人RoboDoc诞生,主要用于全髋关节置换术及全膝关节置换术,在技术方面根据临床需求设计力学传感器监测各关节力学信号,安全控制得到保障。但它体积较大,操作不便,根据对象人的可动和个体化的特点,坐骨神经损伤机率较高,曾一度被FDA撤销资格。

  “人工关节置换跟其他骨科手术最大的不一样,就是它相对比较标准化,基本用各种模具来引导各种平面,然后进行安装,相对来说比较容易操作,RoboDoc就是抓住这一点,用机器人替代标准化操作。之后关节机器人不断改进,但改变了它的思路,不再去想代替医生操作,只去约束医生操作的危险边界,跟随可动体。”田伟说。

  1995年,软组织外科机器人宙斯的出现,改变了过去机器人主动操作的模式,改为模拟动作微创,即没有任何自主操作,通过人在远处控制机械手完成手术。但当时通讯技术制约了宙斯的广泛应用。之后,“达芬奇”系统,采用机器人与床分离,由人机控制台、装有四只7DOF手臂的手术台和高精度3DHD视觉系统构成。

  田伟认为,“达芬奇”成功的原因在于,一是放弃替代医生和主动操作的思路;二是建立了远隔操控小手系统,显微镜视觉解决了光源和医生的放大视觉,使医生对于微小部分能够进行准确操作;三是超孝多角度操控,比人手灵活且稳定,符合微创外科的趋势。

  攻关15年中国“天玑”闻名世界

  2015年,田伟团队运用“天玑”骨科手术机器人为一位寰枕畸形伴颅底凹陷症的43岁患者成功实施了世界首例“寰枢椎经关节突螺钉内固定手术”。一颗螺钉使“天玑”世界闻名。

  “天玑”历经15年艰苦攻关,兼容2D与3D模式,独有入钉点及钉道计算智能算法,机械臂精准运动到规划位置,借助骨科引导器,为医生提供精准稳定的导针置入路径。目前,“天玑”在临床精度、适用部位、医学影像、配准方式四项指标上均领先国际产品。时至今日,天玑手术机器人完成导航机器人手术14800余例,上颈椎手术320例,准确率达98.6%,比传统手术提高53.6%。

  此外,天玑还实现了国际首次5G多中心远程实时骨科机器人手术。田伟说:“目前手术规划还是需要医生来做,基层医院经验不足,5G+手术机器人的方式给了他们很大的帮助。这背后,一方面能够解决基层老百姓的治病问题;同时也给了基层医生更多实际参加手术学习的机会,在解决医疗均质化方面也提供了一个很好的帮助。”

  今后,医疗机器人该怎么发展?田伟建议,应该以病人利益为中心,要设定一个恰当的目标,不要去模仿和替代医生,而是要给医生提供一个崭新的帮助;二是必须要凝练出真正的短板和需求到底是什么;三是医工企三方合作,合力推动共同目标实现;四是政府的政策支持;五是整个社会都要对机器人有非常好的认知和严肃的评价。

责任编辑:YYX

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