手术机器人的未来是人机共生

2017-08-28 来源 : 环球科学

1996年,美国直觉手术机器人公司(Intuitive Surgical)的达芬奇手术机器人问世。随着达芬奇机器人开始广泛应用于全球多家医院的不同科室,人们开始关心一个问题:未来的机器人将在手术室中扮演什么样的角色,它会取代外科医生吗?
 在日前的2017年世界机器人大会上,英国皇家工程院院士、英国帝国理工大学哈姆林医疗机器人中心主任杨广中以“人机共生——医疗机器人的未来”为主题,畅谈了未来医疗机器人的发展方向。以下内容节选自杨广中教授的演讲。
我来自哈姆林中心,现在所做的主要工作就是要开发一种安全、有效、可及的技术。我们知道医疗机器人这种技术从高科技的角度来说吸引了很多的注意力,但是在今后的五到十年当中,我们要做的是怎样让这样一个技术使所有人从中获益。有些人可能不仅仅是从技术的角度,而且要从医生的角度来思考这个问题,就是怎样推动外科手术技术的发展。
在过去的几百年当中开放式的手术是标准性的,今天我们在做外科手术的时候还是使用这种开放式手术。同时无创伤的外科手术,减少流血等等也有很多的好处,所以现在大家也在研究无创手术,七十年代的时候就有一些技术出来了,现在我们已经有一些无创手术技术了。进行无创或者低创技术也有一些挑战,包括对工具控制的复杂度以及对不同工具之间的协调等等,这就需要我们的医疗机器人帮忙了,第一代的医疗机器人的设计用在了一些外科手术当中。
医学机器人在过去的二十五年当中明显取得了很大的进展,过去可能只是专业用途的机器人,现在已经扩展了它的应用范围,包括达芬奇平台等等,所以无论哪个领域都取得了很大的进展。在全球,现在大约有4000个此类的机器人正在使用。
达芬奇手术机器人
新一代的系统一直在开发的过程当中,我们从来没有停止开发的进程,但是现在最新的产品还没有正式上市。新的技术当中可以用一些最新的技术,包括通过视觉语音的技术完成一些实际的工作。手术机器人从在二十五年前的一个非常小的应用领域,到现在已经用于很多领域了,并且在未来几年当中它的精准程度和医疗质量都会有所提升。而从商业的角度来说前景也是非常大的,很多初创企业也都是进入到了这个领域,年均复合增长率达到了13%,并且到2020年的时候市场规模将达到接近180亿美元。当然,其实这还是一个比较保守的估计。未来我们会看到更为专业的机器人平台,它会更加智能,并且能够用于很多种类的外科手术当中。
我们面临的问题、挑战和机会都有哪些呢?现在医疗机器人已经进入了一个黄金时代,回顾一下过去的经验教训和目前在医疗领域的具体英勇实例,未来我们是否要那种更大更复杂的系统?机器人未来是否会在手术室发挥主要的作用?还是要那些更小的机器人?这是我们需要回答的问题,所以不仅仅是法律、道德和商业的问题,而从技术的角度来说这也是带来了很多的挑战。
未来医疗机器人会朝着什么方向发展呢?我们需要要让它有更好的视觉功能和感知功能,包括更好的反馈功能和更强大的智能。
第一步就是准入和控制的问题,也就是如何在这个复杂的环境中有着准确的回应。如何能够将这些机器人做得稳定而又非常敏捷呢?这是一个非常重要的领域。在医疗领域,机器人需要将一个东西稳定地维持在一个位置,提供手术当中所需要的稳定性;同时,它移动起来也需要非常灵活。
再就是提供一个更好的视觉功能,可以充分利用预设的图片功能,包括实时的视觉功能,甚至可以结合过去的图像和视频进行学习,手术当中用机器人帮助你看到一些看不到的地方,比如移动一些组织,或者避免一些由于人工误操作造成的影响。这个工具必须非常精准、非常敏感,所以我们用上机器人技术加上增强现实,再加上视觉技术就可以使得手术流程变得更加安全。这需要机器人的感知能力和视觉能力进一步提升,更为重要的是,要想在日常的临床工作当中使用的话,甚至可以让它在iPad上面使用。
下一个级别就需要将一些图像视觉等等技术结合到一起,这个级别的机器人甚至可以改变整个手术的流程,比如肿瘤手术。随着机器人技术的使用,甚至可以给我们提供一些实时的信息,这样就会更加精准和准确,通过机器人的观察,看到的不仅仅是一个静态的状态,甚至是一个实时动态的状态,而且延时可能只有毫秒这个级别,这给我们带来的机遇还是很大的。
它的真正好处是,你能够观察得更为仔细。在干预手术和微创手术中,通过机器人的观察能够看到有些地方具体变形的情况。即使有些器官只发生了非常微小的变化,手术的过程当中也有很大的影响。考虑到外科手术的实际环境,也包括一些实时的视觉,这些东西都能够进行应用。通过机器人的手臂,我们可以将手术做得更加精准,找到我们想要的细胞,这才是机器人真正附加的价值,不是让机器人去做现在外科医生能够做的事情。
我们甚至还可以进一步深入到分子和原子层面,现在可以用机器人检测癌症,甚至可以从原子的层面了解病症。再下一个级别我们就需要将机器人做得更加智能了,这样就能够了解到手术过程当中的信息进行学习,可以用这种感知的功能来保证机器人能够更好地了解病人的状况,这甚至需要病人和机器人进行互动。如何实现人机之间的互动,让机器人更好地了解病人的病症,这也是我们需要不断改善的事情。
除了以上这些例子,还有很多其它的领域进行探索,机器人未来应该变得更为安全、更为有效,并且使用的范围更广。我们也希望把机器人做得更为精简、功能更多、使用起来更为容易、机器视觉更好,但是最终我们希望的结果就是手术的结果是最好的。把特别大的系统可以跟微小的材料技术结合起来,比如纳米技术等等,这些都是我们的发展方向。
这里有些可以在水里使用的小型机器人,还有纳米机器人可以用来治疗一些常见的疾病,其它类型的小型机器人可以用于眼睛的手术,也有一些机器人可以用于听觉的修复等等,这些都是在非常微型的级别进行手术的机器人。这些机器人会在传统的外科手术当中推广。由于过去六十多年医疗技术的发展,我相信下一个里程碑将是医疗机器人,它会使得我们可以做很多以前做不了的事情。

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