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做骨科手术、诊断……医疗机器人来了

《科技生活》周刊||热度 ( )

  文/记者 李鹏

  美国科幻大片《阿凡达》里,人类军团娴熟地操作机甲士兵战斗的情景,如今在一些大型医院的手术室就可以看到。20世纪90年代,美国Intuitive Surgical公司利用最先进的遥控机器手臂技术,成功研制出手术机器人,并命名为“DaVinci”(达芬奇手术机器人)。随后,该手术机器人迅速在世界范围内被予以推广应用,其它各类手术机器人也相继问世。

  在美国,95%的微创手术由机器人完成

  手术机器人的构思最初是从科幻小说中来的。小说中的宇航员在太空中生病了,一时又回不来,怎么办?于是科幻作家设想医生在地球为宇航员远程做手术。有意思的是,美国宇航局和国防部也是早期推动手术机器人发展的主要机构,且至今仍在支持这方面的科研开发。

  北京航空航天大学生物与医学工程学院院长助理、健康与康复技术系主任刘文勇博士说,如今机器人手术系统已成为欧美大型医学中心的常规手术方式,依赖手术机器人操作的手术越来越多。

  比如,达芬奇手术机器人已在普外科、泌尿外科、心血管外科、胸外科、妇科、五官科、小儿外科等多个科别进行了微创手术,如胃胰十二指肠切除、心脏搭桥、输卵管成形手术等。在北美,已有超过2000台达芬奇在各大医院“工作”。在美国,95%的微创手术由机器人完成,机器人手术显著变革了传统的腹腔镜手术方式。

  不过,在中国,由于达芬奇手术机器人价格要达到2000多万元左右,这也不是一般的医院所能够接受得了的,因此能够配备这种手术机器人的医院只有301医院等少数大型医院。

  于是在上世纪末本世纪初,刘文勇的博士生导师、北京航空航天大学机器人研究所的王田苗教授提出中国应该研制出自己的手术机器人,于是在国内率先启动了神经外科机器人和骨科机器人的研发工作;这其中,刘文勇在导师的带领下开始了骨科手术机器人的有关研究。

  突破国产手术机器人

  纵观外科发展史,从第一代开放性手术到第二代微创外科手术,大约花了100多年;而从第二代进入第三代机器人外科手术,仅用了20多年。对于外科医生来说,让病人受苦最少、创伤最小是永恒的追求,也是唯一的目标。随着发达的工业化技术越来越渗透进医学领域,外科医生的梦想也逐步成为现实。这主要是因为机器人做手术具有一些独特的优点。首先这种方式图像清晰、视野清楚,可以放大10~15倍,肉眼无法看到的细小血管,通过机器人可以看得清清楚楚。其次,操作更加精准化。器械上的仿真手腕不仅能完全达到人手的灵活度和准确度,还能进入人手不能触及的狭小空间并完成精细化操作。例如,前列腺位于盆腔底部,开刀时医生视野有盲区,很难看到前列腺深部的病灶;而机器人的手臂可以伸进去,医生只需通过视频完成手术操作。当然,机器人还可识别和滤过手的震颤。其三,可以帮助医生提高手术技艺。目前大家都知道腔镜技术是外科发展的主流,各医院争相开展腹腔镜手术,但是用腹腔镜完成简单手术的人很多,能够开展难度高、精细复杂手术的人却很少,而机器人可以帮助医生提高手术技艺。

  其实,刘文勇大学毕业后并不是直接从事机器人的相关研究。1998年从机械专业毕业后,他就在常山纺织集团从事机械及电气工作,但是日复一日重复的工作让刘文勇又开始重新思考自己的未来和人生之路,他认为现有的工作虽然稳定,但这并不是他想要的。于是,他又燃起了考研的想法。人生往往是很神奇的,只要有想法并付出努力就会迎来蜕变,刘文勇就是这样。2000年,通过研究生入学考试的他,开始在北京航空航天大学工业设计系攻读硕士学位,研究方向为计算机图形学及科学计算可视化;硕士毕业以后,又在该校的机器人研究所开始继续攻读博士学位,研究方向为骨科手术机器人技术。从此,他就开始了在这个崭新领域的畅游,并为推动北京航空航天大学的骨科手术机器人进入实际应用发挥了核心作用。

  例如,2004年12月9日,积水潭医院成功完成了我国第一台机器人辅助骨科手术——胫骨骨折髓内钉内固定手术,实施手术的就是刘文勇及其所在团队开发的小型双平面骨科机器人系统,该系统的出现,是我国骨科机器人发展的一个标志性技术突破。随即,北京天智航医疗科技股份有限公司开始介入,医院、大学和企业联合攻关,加速成果转化。所转化的产品于2010年获得了国家食品药品监督管理总局(CFDA)颁发的医疗器械III类注册证(最高等级),这是目前唯一获得CFDA认可的医疗外科机器人商业化产品。截至目前,该机器人产品已在全国二十余家医院完成5000余例临床手术,推动了智能骨科手术理念的发展。

  如今,远程会诊和物联网已经在医疗系统中开始应用,远程手术和移动医疗已将梦想照进现实。在国家“863”计划支持下,2006年3月5日,北京积水潭医院的创伤骨科专家,运用中国首台基于窄带网络的小型化远程骨科手术机器人系统,在北京为远在延安因砸伤致髋关节脱位、左胫腓骨骨折、骨盆骨折的张先生进行了髓内钉远端锁定手术。这是我国第一例、同时也是国际上第一例报道的骨科机器人系统远程遥控操作手术。在这一重大突破的背后,刘文勇利用自己掌握的技术和技能,为之提供了重要支持。

  进入更为广阔的医疗机器人领域

  由于长期参与骨科手术机器人的研究,在不知不觉中,刘文勇的研究和医疗挂上了钩。2009底,他从北京航空航天大学机器人研究所进入刚成立一年的生物与医学工程学院,将自己的研究从骨科手术机器人又延伸到其它医疗机器人以及高端医疗器械领域,与单纯的手术机器人相比,这显然是一个更为广阔的领域。

  刘文勇说,在新的时代,信息化与智能化已经成为医疗领域的重要特征。这也迫使他们不断开发出更多种类的、更为智能化的医疗设备,来满足临床需求。刘文勇认为,“临床引领、工企协同”是智能医疗设备发展的必然态势。为此,他常年奔波于学校、医院以及企业,随时参与一些临床研发及相关事务。

  事实上,手术机器人只是医疗机器人的一种,除此之外,现在正在研制或者已经进入使用的还有检查诊断机器人、康复护理机器人、患者陪伴机器人、救援转运机器人、医院服务机器人等不同功能的医疗机器人,它们可以在各自岗位上共同服务于人类,也都在朝着更高智能的方向发展。

  迪士尼动画《超能陆战队》中的健康机器人大白,是一个体型胖胖的充气机器人,也是个医疗伴侣,能够快速扫描,检测出人体的不正常情绪或受伤部位,并对其进行治疗。也许要不了多久,这样的健康机器人就会梦想照进现实。

  除了智能化的医疗设备,智能化的康复设备也成为刘文勇的下一步研究方向。刘文勇说,现在很多人对康复存在一些误解,以为康复只是病人的事情,事实上并非如此。因为即使是健康人,同样需要康复,从而提高自身的机体功能及生活质量。

  正在挺进的也是一个深水区

  在将新技术、新产品推向使用的过程中,刘文勇十分清晰自己的角色和定位,他说一个医疗设备的问世,其从原型样机到工程样机再到产品,要经历不同的阶段,在这个过程中,医疗设备要进行一些适应性的改变,作为研究人员,一定要清晰地了解这一点。

  在未来,刘文勇也将带领团队继续开发一些新的东西,他们和医院、工业企业实现三方合作,推动更为先进、更为智能化的医疗机器人等设备问世,甚至能够进入人体实施手术的微型机器人也在他们的构想之中。

  不过在刘文勇看来,现在他们正在挺进的也是一个深水区。就手术机器人而言,怎么充分保障安全性?对于这些创新性医疗器械,出了事,是谁的责任?

  “以前的传统手术由医生操刀,手术位置搞歪了,主要是医生的责任,跟器械基本无关;但是在由手术机器人操作以后,谁承担责任?还能算医生的责任吗?算手术机器人的责任,那又如何追责?还是算机器人制造厂商的责任呢?”因此,未来如何规范与科学进行医疗机器人的使用,也是一个需要探讨的问题。

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