從全球外科醫療手術機器人發展史看AI智能手術趨勢

從全球外科醫療手術機器人發展史看AI智能手術趨勢

傳統的外科手術是醫生用醫療器械對病人的身體病灶進行切除、縫合等治療。用刀、剪、針等器械在人體局部進行操作，除去病變組織、修復損傷、移植器官、改善機能和形態等。然而在某些手術中，患者需要承受巨大的痛苦——比如長達十幾厘米的傷口、肌肉全部被切斷......所以手術機器人的優勢就被凸顯出來：

　　1.機器人定位時間短、創傷小、定位精，減少人為誤差。

　　2.可以代替醫務人員進行有損害的操作，如注入放射性同位素。

　　3.機器人可以預模擬手術操作、選擇最佳入路手術方案。

　　有了手術機器人，很多外科醫生就不需要滿頭大汗、筋疲力盡的才能完成手術，而是坐在干爽的手術室里一邊看著畫面，一邊操作手術機器人，完成手術后，穿著一身整潔如初的手術服，優雅的走出手術室……

　　下面，小編就陪各位看官捋一捋外科手術機器人的發展史。

   Puma 560

　　事實上，Puma 560并不是一臺專用的手術機器人，它其實是一臺關節式的臂式工業機器人，但它讓首次有機器人參與的外科手術記錄定格在1985年。

　　美國洛杉磯醫院的醫生使用Puma 560完成了機器人輔助定位的神經外科腦部活檢手術。這是一個具有劃時代意義的開端。但是當時生產該機器人的公司為了安全考慮，曾禁止使用該機器人被用于手術。

　　AESOP（伊索）

　　20世紀80年代初，被譽為手術機器人之父的王友侖從加州大學圣芭芭拉分校（UCSB）計算機工程專業本科兼研究生畢業，那時候的他正在思考自己攻讀博士的方向。因為王友侖從小就十分迷戀機器人，認為機器人是未來發展的方向，是計算機與物理世界進行交互的方式。因此，他決定攻讀 UCSB 的計算機工程（機器人方向）博士學位。

　　王友侖在 1989 年開始研究“伊索”（AESOP，自動最優定位內窺鏡系統）醫療機器人——一種可由手術醫師聲控的“扶鏡”機械手，以避免由于扶鏡手生理疲勞所造成的鏡頭不穩定，最終于 1997 年研制成功。

　　1997年，伊索在比利時布魯塞爾完成了第一例腹腔鏡手術。伊索成為FDA批準的第一個清創手術機器人，同時“伊索”引領著手術機器人走向了商業化道路，直到2014年，外科醫生應用伊索已在全球做了超過7.5萬例次微創手術。

   ZEUS（宙斯）

　　1998年，伊索通過包括安裝內窺鏡等一系列的升級改造，逐漸進化成了宙斯。

　　宙斯可以通過遙控操作，是一套完整的手術器械機器人系統。宙斯共搭載了Surgeon-side和Patient-side兩套系統。

　　Surgeon-side系統由一對主手和監視器構成，醫生可以坐著操控主手手柄，并通過控制臺上的顯示器觀看由內窺鏡拍攝的患者體內情況。

　　Patient-side由用于定位的兩個機器人手臂和一個控制內窺鏡位置的機器人手臂組成。醫生可以聲控操作腹腔鏡的手臂，同時用手操作其它兩個機械手臂進行手術。通過患者腹部只有幾個筷子粗細的小切口供內窺鏡和機械臂出入即可完成手術，手術機器人的微創優勢顯露無疑。

　　daVinci（達芬奇）

　　達芬奇手術機器人是目前全球最成功及應用最廣泛的手術機器人。它由IntuitiveSurgical公司在1999年研制成功，目前已推出四代產品。達芬奇代表著當今手術機器人最高水平。

　　它主要由三部分構成：醫生控制系統，三維成像視頻影像平臺，以及擁有機械臂，攝像臂和手術器械組成移動平臺。

　　除了優秀的性能外，達芬奇還有一個重要特點是，不再僅靠遙控操作，而是加入了一定的人工智能程序，雖然智能等級不高（只能實現一些簡單的保護性動作反饋），但達芬奇的誕生，幫助手術機器人告別了2D平面時代，率先開創了更貼近現實世界的3D（虛擬遙控動作+現實操作反饋）新紀元。

　　歷史上重要的手術機器人誕生時間

　　時至今日，“達芬奇”雖然在數量上統治著外科手術機器人這個領域，但在技術層面上，它已經不再是外科手術機器人中的"唯一"，實力雄厚的“挑戰者”們正在層出不窮......

   Verb

　　谷歌母公司Alphabet和醫藥巨頭強生（Johnson & Johnson）聯合打造了一個名為Verb Surgical的公司，正式宣布兩家進駐微創手術機器人領域。

　　Verb在體積、使用安全，價格等方面均優于獨霸手術機器人領域的達芬奇機器人，并且Verb微創手術機器人的設計完全不同于達芬奇手術機器人，它放棄了遠程實施手術的想法，允許操作手術的醫生更靠近患者床旁，體積只有達芬奇機器人五分之一大小，新型智能化機器人不僅在體積上更精致小巧，在功能上也更具多變性和延伸性，甚至能夠整合到外科手術床一體化。

　　Verb微創手術機器人的開發團隊認為，未來的新型微創手術機器人將顛覆現有手術機器人的輔助操作規程和原理，深度學習（DeepMind）+人工智能（Knowing-how）+大數據。機器人自我學習、機器人輔助和自動手術過程、更高清立體的視覺圖像視野，更強大的數據分析功能，助力實施靶向性微創手術。

　　MAKO

　　Stryker研發的MAKO機械臂手術輔助系統，它主要應用于膝關節單髁置換術（UKA）和全膝關節成形術（TKA），它可以進行實時的術中調整，在切開身體組織之前，允許進行更多膝關節與軟組織平衡之間的修正，還可以為置入物的定位、腿的長度以及置入物的偏移情況提供精確的數據，更可以單獨為髖關節手術平臺提供擴展，視頻給大家，自己去膜拜吧。

　　Sport Surgical

　　Sport Surgical系統是一家多倫多公司Titan Medical正在開發的項目，將手術臺、單切口攝像頭、置和多關節器材結合，并將于2017年在美國發布。Titan機器人系統旨在將機器人手術精細化，讓機器人能夠進行微小部位的手術，包括膽囊切除術。

　　ALF-X

　　另一家加拿大手術機器人公司TransEnterix，于2015年以近億美元購并意大利SOFAR公司，取得ALF-X手術機器人技術。相比達芬奇外科手術系統，TransEnterix設備更便宜，并且有著達芬奇外科手術系統沒有的功能：比如眼球追蹤軟件和觸覺反饋。

　　Sport Surgical

　　Medrobotics的Flex Robotic系統提供喉部手術的機器人協助視覺系統，讓手術更加靈活，操作更加便利。系統可以讓機器人到達醫生到達不了的地方，幫助喉部患病者解除病痛。

　　Mazor Robotics

　　醫械行業的“老大”——Medtronic（美力敦）也不甘落后，與以色列手術機器人公司Mazor達成了4200萬美元的股權合作，著手進駐脊柱外科微創機器人領域......幾個月前美力敦高管更表示將在2018年年中之前發布新式外科手術機器人，計劃首先在印度投入臨床應用。

　　當然，中國也已經誕生很多自主研發的高水平的同類別產品。

　　Remebot

　　Remebot此產品是由天智航產品源于北京航空航天大學和北京積水潭醫院合作完成的863項目成果衍生出來的，可以減少患者創傷、降低經濟負擔，提高醫生手術效率，只是用兩毫米的微創，代替過去開顱手術，只用30分鐘就可以完成主刀醫師的手術方案，定位誤差可以做到小于1毫米。

　　CRAS

　　CRAS：海軍總醫院與北京航天航空大學聯合開發的機器人系統CRAS是國內手術機器人系統的先行者，已完成第五代的研制和臨床應用。該系統系統選用PUMA260、262機器人作為系統輔助操作的執行機構。第一代機器人于1997年5月首次應用于臨床——在兩名醫生和一名計算機專家的共同指令下首次完成立體定向顱咽管瘤內放射治療術；第二代1999年研制成功，實現了無框架立體定向手術；第五代機器人除了前四代機器人的特點外，自動定位功能更加先進，實現了視覺自動定位，使手術誤差更小，手術操作更加快捷安全。該系統能通過互聯網實施遠程操作手術。

　　微創腹腔外科手術機器人系統

　　由哈爾濱工業大學機器人研究所研制成功，并通過國家“863”計劃專家組的驗收。據哈工大機器人研究所的研發人員介紹，國產微創腹腔外科手術機器人系統具有我國自主知識產權，研究人員針對微創外科手術的多種術式，在手術機器人系統的機械設計、主從控制算法、三維（3D）腹腔鏡與系統集成等關鍵技術上都進行了重要突破，并申請了多項國家發明專利。這個項目的突破被看做是打破了進口達芬奇手術機器人的技術壟斷，將加快實現國產微創手術機器人輔助外科手術。

　　“妙手S”手術機器人

　　由天津大學、中南大學等單位聯合研發，具備自主知識產權的“妙手S”機器人在中南大學湘雅三醫院成功完成三臺手術，宣告國內首例國產機器人手術已成功開展。“妙手S”是天津大學研發的具有自主知識產權的微創外科手術機器人系統，較國外同類產品有三點技術優勢。第一是運用了微創手術器械多自由度絲傳動解耦設計技術，解決了運動耦合問題，固定、防滑、防松，更有利于精度保持。第二是實現了從操作手的可重構布局原理與實現技術，使機器人的“胳膊”更輕，更適應手術的需要。第三是運用系統異體同構控制模型構建技術，解決了立體視覺環境下手-眼-器械運動的一致性。據了解，“妙手S”外科手術機器人系統將有望3年內投產。

　　NSRS

　　香港理工大學成功研發了全球首臺內置馬達外科手術專用機器人系統NSRS，這項研究借助了香港大學李嘉誠醫學院的外科臨床經驗，并已成功應用于動物實驗。該技術預計兩年后進入臨床試驗，最快將于2019年推向市場。該系統內置馬達驅動機械臂，可經由單一切口或自然腔道進入人體進行各類腹腔或盆腔手術。該系統運作精確，并能提供良好的力度反饋，為微創外科手術領域開創了新的一頁。

　　如上圖所示，我們不難看出——手術機器人正在完成從人為操作的“機器”逐漸向智能“生物”轉變......雖然FDA已經明確要求：“所有AI手術機器人必須在人類可控范圍內”，但是智能化科技已經成為未來科技發展的終極方向，在全民智能化的熱潮下，未來手術機器人這一領域真的能夠保證不會從善如流嗎？

關鍵字：醫療機器人