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跟蹤高科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展動向

       作為新一代醫(yī)療技術(shù)的重要組成部分，智能微創(chuàng)診療具有巨大的臨床價(jià)值和社會效益，是新興醫(yī)療產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略發(fā)展點(diǎn)。

       機(jī)器人輔助的智能診療是在機(jī)器人輔助基礎(chǔ)上集精準(zhǔn)診斷、精確治療、協(xié)同一體化的系統(tǒng)集成及創(chuàng)新應(yīng)用。其技術(shù)體系包含智能診斷、精準(zhǔn)治療、機(jī)器人/醫(yī)療器械、系統(tǒng)協(xié)同、手術(shù)導(dǎo)航及人工智能等諸多與應(yīng)用實(shí)踐相結(jié)合的技術(shù)（如圖1所示）。

超越傳統(tǒng)醫(yī)療方式

       在傳統(tǒng)的微創(chuàng)手術(shù)中，影像僅是診斷的手段之一，臨床診療更多依賴于醫(yī)生的經(jīng)驗(yàn)來判斷病灶進(jìn)行手術(shù)治療。因此，在以影像學(xué)為基礎(chǔ)的診療中，可能會由于術(shù)前對病變性質(zhì)和病變范圍的評估不足導(dǎo)致治療策略的失誤。同時(shí)，由于現(xiàn)實(shí)醫(yī)療中診斷和治療通常是分離且相對獨(dú)立的，這給醫(yī)生及病人帶來時(shí)間、空間的不協(xié)調(diào)及醫(yī)療資源的浪費(fèi)。

       近年來，隨著醫(yī)用內(nèi)窺鏡技術(shù)及手術(shù)機(jī)器人技術(shù)的不斷發(fā)展與提高，智能型機(jī)器人、器械輔助的診療如雨后春筍般開始萌發(fā)。目前，以手術(shù)機(jī)器人為基本載體，兩個領(lǐng)域的研究正在興起：遠(yuǎn)程機(jī)器人和微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人。遠(yuǎn)程機(jī)器人可以使醫(yī)生實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離手術(shù)，微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人可以超越人類的局限性，使手術(shù)更容易實(shí)施。如微創(chuàng)手術(shù)、經(jīng)自然腔道的內(nèi)鏡手術(shù)、單孔入徑手術(shù)和介入放射學(xué)等。為了提高手術(shù)精度和操作靈巧性，現(xiàn)代機(jī)器人技術(shù)從上個世紀(jì)80年代開始被引入手術(shù)室，輔助手術(shù)治療。

       在機(jī)器人輔助的手術(shù)中，機(jī)械精度與人工控制協(xié)作，可以克服傳統(tǒng)微創(chuàng)手術(shù)中的諸多問題。比如，通過使用主從設(shè)置可消除支點(diǎn)效應(yīng)。目前較為著名的商用主從手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)是da Vinci手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)。同時(shí)，通過去除震顫和控制運(yùn)動縮放功能，可以完成器械尖端精確地運(yùn)動控制。高清立體顯示器和增強(qiáng)顯示技術(shù)可進(jìn)一步增強(qiáng)外科醫(yī)生的控制能力。

       當(dāng)前醫(yī)療機(jī)器人的研究正朝著更加靈活的機(jī)電一體化器械、智能診療一體化演變。而用機(jī)器人輔助執(zhí)行部分手術(shù)流程，而不是完全取代醫(yī)生是重要的發(fā)展趨勢。在機(jī)器人引導(dǎo)的智能化臨床手術(shù)中，越來越多的生物、病理信息將會被整合來辨識病變部位位置、大小等，可以通過主從系統(tǒng)和機(jī)械性協(xié)同方式對機(jī)器人進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。同時(shí)還有不少研究將力反饋技術(shù)應(yīng)用于機(jī)器人操作過程中，避免其在治療中的誤傷操作。但手持機(jī)器人具有更多優(yōu)點(diǎn)，不僅規(guī)模和成本低，而且它們可無縫整合到手術(shù)流程中。

       隨著微創(chuàng)診療方法的發(fā)展，機(jī)器人輔助的診斷和治療技術(shù)整合逐漸吸引了全球各研究團(tuán)隊(duì)的關(guān)注。通過術(shù)中醫(yī)療信息共享和機(jī)器人輔助介入來簡化和實(shí)施臨床實(shí)驗(yàn)。許多代表性的集成技術(shù)已被應(yīng)用于醫(yī)療機(jī)器人的設(shè)計(jì)和制造過程中。

有效提升臨床診療效果

       近年來，機(jī)器人輔助智能化的微創(chuàng)診療對應(yīng)的診斷、治療技術(shù)和醫(yī)療設(shè)備也已經(jīng)被開發(fā)用于臨床實(shí)踐中，如神經(jīng)、心血管手術(shù)、腹部手術(shù)?？傮w來說，隨著醫(yī)療機(jī)器人輔助微創(chuàng)診療技術(shù)的加快發(fā)展和向臨床轉(zhuǎn)化，基于醫(yī)療機(jī)器人的診療一體化能夠?yàn)槎喾N難癥，包括癌癥和與生活方式有關(guān)的疾病帶來新的治療途徑。

       機(jī)器人在提供更小創(chuàng)傷、更加精確的外科手術(shù)的同時(shí)，又不斷影響和改變著臨床的診療方式。機(jī)器人輔助精準(zhǔn)微創(chuàng)診療的高效整合將提升診斷精度、治療效果以及更大程度地促進(jìn)新型診療方式的發(fā)展，具體體現(xiàn)在以下三個方面：

       1.智能醫(yī)學(xué)影像/信息的精準(zhǔn)診斷  智能醫(yī)學(xué)影像和信息診斷系統(tǒng)為精準(zhǔn)診斷提供了條件，實(shí)現(xiàn)了影像分析的自動化、定量化。高精度、多模態(tài)影像融合以及病變組織的自動分割識別提高了診斷的效率；體內(nèi)移動的膠囊機(jī)器人和微米機(jī)器人通過外部磁場或自身的動力在人體腔道內(nèi)（消化道、血管等）運(yùn)動，提供了無創(chuàng)的診斷方式；光譜成像和攜帶特異性探針的納米機(jī)器人可以跟病變組織靶向性結(jié)合，可以達(dá)到分子診斷水平。

       2.可量化、可控、可視化的有效治療  隨著手術(shù)機(jī)器人以及介入等治療手段的發(fā)展，機(jī)器人輔助治療具有可量化、可控和可視化等優(yōu)勢，以自動化技術(shù)或定位裝置等可以實(shí)現(xiàn)人體生理運(yùn)動補(bǔ)償、消除外科醫(yī)生的震顫動作，使手術(shù)操作達(dá)到亞毫米精度；使用多自由度靈活可控的蛇形機(jī)器人、單孔手術(shù)機(jī)器人、主動導(dǎo)管、小型模塊化機(jī)器人等可以在微創(chuàng)或無創(chuàng)手術(shù)中產(chǎn)生極佳的遠(yuǎn)端靈活性和可操作性，通過復(fù)雜的體內(nèi)組織結(jié)構(gòu)，治療復(fù)雜部位的病變；基于醫(yī)學(xué)影像、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)和手術(shù)導(dǎo)航的機(jī)器人系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對手術(shù)過程的精確引導(dǎo)和直觀觀察，具有高精度、小創(chuàng)傷等優(yōu)點(diǎn)。

       3.機(jī)器人輔助精準(zhǔn)診療系統(tǒng)  診療整合系統(tǒng)是對診斷技術(shù)和治療手段的融合，兩者協(xié)同工作實(shí)現(xiàn)智能高效的治療，體現(xiàn)了診療一體化的概念。系統(tǒng)能夠充分利用醫(yī)學(xué)影像的信息為手術(shù)提供精確的引導(dǎo)，解決術(shù)前診斷和術(shù)中治療脫節(jié)等問題。基于機(jī)器人輔助的診療一體化系統(tǒng)是智能診療的必然趨勢。

       為了實(shí)現(xiàn)機(jī)器人輔助的智能化診斷精準(zhǔn)性，新型智能診斷設(shè)備及手段是開發(fā)和研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)。為克服在通常的外科手術(shù)中治療器具操作的局限以及在外科領(lǐng)域應(yīng)用過程中產(chǎn)生的治療瓶頸效應(yīng)，突破人類雙手的界限，科學(xué)家研發(fā)了各種適用于理想治療的手術(shù)治療器械。

更安全、更智能的外科機(jī)器人

       針對不同疾病，我們開發(fā)了不同類型的超越外科醫(yī)生靈巧雙手的智能器械，其中前十字韌帶重建治療機(jī)器人、前列腺微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人、多自由度彎曲鉗等對患部進(jìn)行治療操作的醫(yī)療器械和機(jī)器人不僅能實(shí)現(xiàn)微創(chuàng)外科治療，更創(chuàng)造了全新的治療環(huán)境及新型診療手段。具體主要包含以下三個方面的工作：

       1.新型無創(chuàng)/微創(chuàng)環(huán)境下的智能診療一體化  在新型智能微創(chuàng)診療一體化概念的指導(dǎo)下，實(shí)驗(yàn)室開創(chuàng)了該領(lǐng)域由概念到實(shí)驗(yàn)室研究，再到臨床實(shí)際應(yīng)用轉(zhuǎn)換的前驅(qū)工作。利用熒光標(biāo)記同時(shí)引導(dǎo)激光手術(shù)切除神經(jīng)膠質(zhì)瘤的研究已經(jīng)應(yīng)用于臨床實(shí)驗(yàn)。系統(tǒng)采用自動掃描裝置獲取熒光強(qiáng)度分布，并區(qū)分腦腫瘤與正常腦組織，并在自動熒光掃描機(jī)器的探頭上安裝可以進(jìn)行激光消融治療的激光束，在實(shí)時(shí)診斷的同時(shí)對腫瘤區(qū)域消融治療（圖2）。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了真正意義上的診斷和治療一體化并且達(dá)到智能化診療的國際領(lǐng)先水平，為臨床轉(zhuǎn)化奠定了扎實(shí)基礎(chǔ)。

       2.用于胎兒外科治療的新型手術(shù)支援柔軟型機(jī)器人  傳統(tǒng)的手術(shù)機(jī)器人大多以固定或變形較小的器官為操作對象，很少涉及組織大變形甚至是浮動的手術(shù)對象。胎兒外科中，以胎兒為對象實(shí)施手術(shù)，其難點(diǎn)在于胎兒在子宮內(nèi)是自由浮動的，因此會對手術(shù)治療產(chǎn)生嚴(yán)重干擾及影響；同時(shí)子宮內(nèi)的胎兒不宜使用硬質(zhì)的器械對其固定。為克服這一難題，我們針對胎兒外科（嬰兒生出前，在母體的子宮內(nèi)把胎兒的疾病提前治好），進(jìn)行手術(shù)支援柔軟型機(jī)器人的研發(fā)。該機(jī)器人以子宮內(nèi)浮動的胎兒為對象并結(jié)合三維超聲圖像導(dǎo)航技術(shù)，使胎兒在微創(chuàng)環(huán)境下的治療成為可能。該機(jī)器人的結(jié)構(gòu)及示意圖如圖3所示。

       3.基于內(nèi)窺鏡平臺智能型微創(chuàng)診療方法和手術(shù)機(jī)器人  目前的研究熱點(diǎn)是如何實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的術(shù)中實(shí)時(shí)診斷和治療。對診斷和治療的精準(zhǔn)分析在手術(shù)中及術(shù)后將會減少對病人的創(chuàng)傷并有利于術(shù)后恢復(fù)。我們針對內(nèi)窺鏡手術(shù)開發(fā)了一系列高精度診斷和微創(chuàng)治療用的儀器和系統(tǒng)，如內(nèi)窺鏡操作下的血管吻合器、微型沖擊波治療器、藏于內(nèi)窺鏡里的激光消融治療系統(tǒng)等等。這些對患部進(jìn)行治療操作的醫(yī)療器械和機(jī)器人，除具備能夠按照外科醫(yī)生的思路進(jìn)行切開、切除、剝離、清除、結(jié)扎、縫合、吻合等功能，除了實(shí)現(xiàn)微創(chuàng)外科治療外，也創(chuàng)造了全新的治療環(huán)境。

       這不但使以往不可能或難以治療的疾病得以醫(yī)治，而且創(chuàng)建了比以往手術(shù)更安全更精確的治療方法，并為術(shù)后康復(fù)療效提供良好恢復(fù)環(huán)境與條件。

挑戰(zhàn)仍存

       機(jī)器人輔助臨床微創(chuàng)診療具有廣闊的應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)化前景，但是目前多數(shù)原型機(jī)還處在技術(shù)研發(fā)階段，真正做到機(jī)器人輔助智能型診療一體化的臨床普及還面臨諸多挑戰(zhàn)。

       首先，要解決成本問題。具有更小體積、便攜式、低成本的機(jī)器人輔助診療系統(tǒng)將對普惠臨床診療有重要意義；其次，機(jī)器人系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)更好的人機(jī)交互功能，讓醫(yī)生能快速掌握其使用技巧，降低醫(yī)生培訓(xùn)的學(xué)習(xí)曲線；另外，機(jī)器人輔助智能化臨床診療作為一個復(fù)雜的系統(tǒng)，其安全性至關(guān)重要，提高安全性和增加臨床的附加值，使其具有更小的侵入性、更高的生物安全性、降低其對手術(shù)室和手術(shù)環(huán)境的特殊要求、完善醫(yī)療機(jī)器人的倫理等。

       我們認(rèn)為，計(jì)算機(jī)輔助診療、機(jī)器人輔助診療技術(shù)逐步展開將成為疾病臨床治療不可或缺的手段，尤其是智能化機(jī)器人輔助的診療對手術(shù)實(shí)施影響重大。

       研發(fā)智能化機(jī)器人輔助診療裝備在解決醫(yī)生不能直接操作的問題，以及達(dá)到微創(chuàng)精準(zhǔn)診療目的方面舉足輕重。在未來的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程中，機(jī)器人輔助的診療技術(shù)對醫(yī)療裝備創(chuàng)新的發(fā)展帶動作用勢頭強(qiáng)勁，形成新型產(chǎn)業(yè)指日可待。