醫工融合“捧紅”醫用機器人

　　 劈開胸骨，打開胸腔，手術結束后再用鋼絲固定，一道20厘米長的“蜈蚣”形傷疤永遠“趴”在胸前，傳統開胸手術的危險性讓人不寒而栗。心臟外科手術能否不開胸？對外科醫生來說，以前如同科幻小說般遙不可及，如今卻在手術機器人的幫助下成真。

　　“只需要在病人胸前打3個小孔，再分別將代表機器人的‘左手’‘眼睛’‘右手’的3只手臂通過小孔插入病人胸腔，醫生在操控臺上操作，系統就會將醫生的動作通過遙控精確地傳遞到機械臂，轉化為機械手在病人體內的動作，從而完成手術，患者術后第二天即可下床行走。”中國工程院院士、中國人民解放軍心臟外科研究所所長高長青視頻分享了機器人完成胸外科手術的過程，其手術精準度和微創性讓人驚訝不已。

　　4月21日，由中國生物醫學工程學會和中國醫學科學院主辦的“2017中國生物醫學工程大會暨創新醫療峰會”在京召開，醫用機器人大師講壇的分論場座無虛席。眾多醫療界“大咖”在分享醫用機器人手術成果的同時，也對其未來前景充滿希望。

　　中國工程院院士、中國醫學科學院院長、北京協和醫學院校長曹雪濤表示，健康需求驅動醫工融合，以生物醫學工程作為重要領域的醫療科技在廣泛交叉和深度融合中不斷創新，特別是以“大數據、移動醫療、云計算、智能機器人、數字影像”等前沿領域為代表的醫療相關產業，正以前所未有的力量驅動社會經濟的發展，極大推動醫學技術的進步。

　　醫生的“眼”和“手”

　　“達芬奇”就是高長青操作的手術機器人的名字，銷售達芬奇手術機器人系統的美國直覺外科公司在2016年的營收就已超過27億美元，醫用機器人全球市場正高速增長。

　　據BCG波士頓咨詢測算，截至2016年1月，全球醫用機器人行業每年營收達到74.7億美元，預計2020年將達到110多億美元。醫用機器人甚至有望取代軍用機器人成為第二大機器人版塊。

　　“醫用機器人內涵是機器人，但更是醫療器械。它能夠輔助醫生工作，擴展醫生的能力，具有醫用性、臨床適應性、良好的交互性。”哈爾濱工業大學機器人研究所副所長杜志江介紹，醫用機器人分為外科手術機器人、放療機器人、康復與助老助殘機器人、醫院用非治療類機器人等多個類別。

　　如今，醫用機器人如雨后春筍般涌現，除了最為常見的“達芬奇”，還有賽博刀機器人、天智航脊柱機器人、北理工頜顱面機器人、“天璣”機器人等等。據了解，全球商業化的手術機器人就已經超過30種。

　　骨科手術機器人是最早開展研究的手術機器人之一。北京積水潭醫院院長田偉及其團隊就運用我國自主研發的骨科手術機器人，成功完成了世界首例基于術中實時三維影像的機器人輔助脊柱胸腰段骨折的微創內固定手術，為一名椎體骨折患者經皮植入6枚椎弓根螺釘。術后第二天，患者即可下地行走。

　　田偉稱，骨科導航機器人技術將是骨科手術技術的未來。“骨科手術長期存在的瓶頸就是‘眼’和‘手’，骨科導航機器人引發了三維影像獲取、動作引導跟蹤、測量新技術和實時定位導航等領域的技術革命。”他表示，骨科導航機器人改變了以往的手術方式，是復雜結構手術的關鍵幫手，提高常規手術質量，促進計算機輔助脊柱外科微創手術技術的安全進步。

　　高長青也表示，外科導航的機器人手術，外科醫生可見實時三維掃描圖像，重疊于手術屏幕上，或者說人體組織將成透明化，可避免損傷內部結構，使外科操作更為精準。

　　談及醫用外科手術機器人的未來，高長青表示，機器人不單是一臺機器，還是一個信息系統，可以作為一個平臺與其他信息融合。這也意味著，大數據外科時代，未來手術過程可以預先程序化。

　　“現在，大手術不再是外科高手的標志了。現在的外科高手，要會把復雜手術做成簡單手術，把大手術做成小手術。21世紀的外科是無創和微創的外科，病人恢復快、功能好才是金標準。”在高長青看來，外科已經從“切除”時代進入到了“修復”時代。

　　創新莫忘外科安全

　　“只有想不到，沒有做不到。”在高長青看來，創新是外科的靈魂，而顛覆性技術創新帶來的改變是極其巨大的，可造成“技術突襲”，甚至改變“游戲規則”。但只要是創新就存在風險，醫用機器人也不例外，其發展還存在很多難點和挑戰。

　　清華大學智能與生物機械實驗室主任季林紅就以機器人輔助心血管介入手術為例稱，該領域就涉及很多相關技術研究，硬件上的智能導管涉及磁場驅動、近端牽引驅動、智能材料驅動、液壓驅動等研究；軟件上涉及介入手術中導航路徑的研究、安全防護技術、實時的碰撞檢測等。

　　但是，季林紅指出，目前高昂的硬件開銷導致新型導管難以普及，也缺乏針對介入器械行為進行精準預測的理論研究。而在軟件上，國內外機器人輔助心臟介入手術的規劃和安全防護也尚缺乏全面、系統的理論研究和成熟的實用技術。

　　“機器人輔助介入手術中對導管/導絲運動狀態做出合理約束，以及明確血流對于導管/導絲的影響，進而規劃合理安全的引導路徑尤為重要。”季林紅強調說。

　　追求完美是外科醫生最基本的要素，而安全卻是第一要素。中科院深圳先進技術研究院研究員胡穎表示，微創手術機器人在操作安全性方面就面臨諸多挑戰。比如手術空間和視野狹小，解剖標志點和空間位置關系不明顯；會受呼吸、心跳、偶發擾動等動態環境的影響；力覺反饋缺失等。

　　安全和有效是所有醫療器械注冊的門檻，而醫用機器人特別是外科手術機器人，仍有很多問題亟待解決。比如針對柔性所帶來的精準感控、多信息集成以及可視化和傳感、最全面的人機交互等，都需要加大研發力度。

　　談及如何確保外科安全，高長青認為，首先要“準備好”，除了理念及技術上的準備，病人的病情也一定要適用該技術，并及時隨訪和反饋；其次要“高質量”，任何技術都要以無害為先；最后要“以人為本”，團隊合作也是重要方面。

　　醫工融合門檻高

　　隨著現代醫學與人機交互、醫學圖像計算、虛擬/增強現實導航、生物醫用材料與智能手術器械等技術的不斷融合，在醫工融合的大勢所趨下，外科距離機器人時代為時不遠。

　　“醫學正在成為知識流的融合點和創新的爆發點，生物醫學工程發展的每一步也都離不開醫學與工程技術的緊密結合。”曹雪濤表示，先進醫療設備及醫用機器人研發體現了醫學與工程學交叉融合于系統集成，機器人和高端醫療器械也被列入“中國制造2025”十大重點領域。

　　不過，傳統上工科和醫科是分離的，而醫用機器人卻需要雙方密切協作。杜志江就指出，醫用機器人特別是手術機器人是高度知識、技術密集型系統，醫工融合門檻很高，目前國內緊缺機器人人才、醫療器械人才、醫學人才，尤其是跨界的復合型人才。

　　他還表示，手術機器人研發周期長達6-10年，投資大、風險大，需要持續性投入，這就需要政府的引導、資本的支持和企業的努力，需要多方努力打通研發、注冊、生產、銷售的產業鏈條，并建立“政產學研醫資”的長效機制。

　　目前，國內高端醫療器械大量進口，醫用機器人也不例外，我國要培養自己的醫用機器人品牌，還需付出艱苦努力。

　　在英國帝國理工學院哈姆林手術機器人研究中心主任楊廣忠看來，中國醫用機器人突圍需要創新、專注和機制三點。要理論、技術與臨床合作研究。要醫工多學科交叉，需要10年以上的長期專注。要國家支持、創新文化、合作氛圍和公司投資。

　　“生物醫學工程在高新技術應用基礎上必須以創新的思路去創建新的方法體系、研制新一代生物醫學工程產品，才有可能在醫療科技未來之路上領先前行。”曹雪濤說道。