編者按：7月12日-7月14日，2019第四屆全球人工智能與機器人峰會（CCF-GAIR 2019）于深圳正式召開。峰會由中國計算機學會（CCF）主辦，雷鋒網(wǎng)、香港中文大學（深圳）承辦，深圳市人工智能與機器人研究院協(xié)辦，得到了深圳市政府的大力指導，是國內(nèi)人工智能和機器人學術(shù)界、工業(yè)界及投資界三大領(lǐng)域的頂級交流博覽盛會，旨在打造國內(nèi)人工智能領(lǐng)域極具實力的跨界交流合作平臺。

7月13日，解放軍總醫(yī)院肝膽外二科主任、全軍肝膽外科研究所所長劉榮教授作了主題為《機器人在外科手術(shù)中的應(yīng)用與展望》的演講。

劉榮在肝膽外科上有多年的從業(yè)經(jīng)驗和深厚的技術(shù)積累，是目前全球完成機器人肝膽胰手術(shù)最多的外科醫(yī)生。

他認為，外科的發(fā)展史簡單分為四個時代：機械時代、電氣時代、信息時代和智能時代。而我們現(xiàn)在所處的智能外科時代，是通過人工智能賦能外科實踐，利用人工智能的和方法輔助和替代人類進行外科診療行為，其有兩個本質(zhì)性特征：一是診療行為標準化，二是診療設(shè)計個體化。

雷鋒網(wǎng)了解到，從2011-2019年，解放軍總醫(yī)院肝膽外二科完成的達芬奇機器人肝膽手術(shù)數(shù)量超過3000例。從全國范圍來看，2011-2018年，該醫(yī)院完成了全國32%的肝膽胰機器人手術(shù)。

面對分布不均的醫(yī)療資源，劉榮教授希望通過從外科維度和手術(shù)機器人實現(xiàn)醫(yī)療標準化，減少對人力資源的依賴?！斑@是基本目標，也是我們的理想?！?/p>

在演講中，劉榮教授也對達芬奇手術(shù)機器人提出了自己的看法：“從現(xiàn)階段來看，我們用了達芬奇手術(shù)機器人，嚴格意義上它不是智能化的設(shè)備，它只是微創(chuàng)手術(shù)良好的執(zhí)行終端。與此同時，它可以提供非常高質(zhì)量的手術(shù)視頻數(shù)據(jù)，這是非常寶貴的財富?！?/p>

從學科角度而言，劉榮教授給出了一個公式：手術(shù)機器人+智能導航+自動化控制=智能外科，而未來智能外科將由人工智能驅(qū)動手術(shù)系統(tǒng)，進行手術(shù)操作，醫(yī)生起到的是監(jiān)督作用。

以下為劉榮教授的現(xiàn)場演講內(nèi)容，雷鋒網(wǎng)作了不改變原意的編輯及整理：   

劉榮：大家好！我是來自解放軍總醫(yī)院的劉榮。我跟大家匯報機器人在外科手術(shù)中應(yīng)用的現(xiàn)狀和我們的展望。

最近中央電視臺熱播紀錄片《手術(shù)200年》，把200年中外科手術(shù)發(fā)展歷史中很多激動人心的時刻做了回顧?；仡欉@些歷史是為了讓我們更好的審視現(xiàn)在和展望未來。

大約在兩年前，我們也對歷史做了一次回顧，我們把外科的發(fā)展史簡單分為四個時代：機械時代、電氣時代、信息時代和智能時代。在演講開始之前，我想簡單介紹四個時代中主要技術(shù)成就。

機械時代從19世紀30年代開始。這時候有一個經(jīng)典且殘酷的例子。當時有一個外科醫(yī)生做截肢手術(shù)，沒有麻醉和消毒方法。手術(shù)進行過程中要求速度非?？?，醫(yī)生非常魯莽，過程中不僅切掉病人的腿，同時切掉助手的兩根手指。臺下觀眾看到這個情況嚇到心臟病發(fā)，他的助手術(shù)后死于感染，臺上的病人直接由于大出血死亡，這是死亡率300%手術(shù)。麻醉的出現(xiàn)讓手術(shù)平穩(wěn)進行，消毒出現(xiàn)讓手術(shù)感染率下降。即便在這樣艱苦的條件下，外科醫(yī)生還是憑借著超人的勇氣，完成了首例膽囊切除手術(shù)和首例內(nèi)鏡切除手術(shù)，X射線也是在這個時代出現(xiàn)的，它使得我們第一次有可能窺探人體內(nèi)部的奧秘。

第二個時代是開始于上世紀20年代的電氣時代，其代表性的技術(shù)成就是電刀的出現(xiàn)，電刀通過熱燒灼取代傳統(tǒng)的鋒利刀刃機械切割，減少了出血，加快了手術(shù)的速度。另一個重要的事情是青霉素（盤尼西林）的發(fā)現(xiàn)，使得人類第一次擁有有效的武器控制外科感染，使得感染不再是高致死性的疾病。器官移植也是這個時代出現(xiàn)的。另外一件重要的事情是CT的出現(xiàn)，CT相對于X射線可以提供更清晰的圖像，我們對人體結(jié)構(gòu)優(yōu)有了更深入的了解。

上世紀80年代開始的信息時代，其代表技術(shù)是電視腹腔鏡。腹腔鏡主要用桿狀或者管狀的器械取代在肚子上開一個大口子，腹部的創(chuàng)傷性很小。其廣泛使用使得更多的病人可以在手術(shù)后短期內(nèi)快速恢復。聯(lián)合器官移植、人工心臟、達芬奇手術(shù)系統(tǒng)也是在這個時代出現(xiàn)。

能量外科也是信息時代重要成就，通過預先編程的能量釋放方式，用更少的能量切割、止血、離斷等，減少手術(shù)的創(chuàng)傷。首例遠程手術(shù)，也是在這個時代出現(xiàn)的。

我們認為從二十一世紀這個十年開始，人類進入智能外科時代，所謂智能外科是通過人工智能賦能外科實踐，利用人工智能的和方法輔助和替代人類進行外科診療行為，其有兩個本質(zhì)性特征：一是診療行為標準化，二是診療設(shè)計個體化。

我們是解放軍總醫(yī)院肝膽胰腫瘤外科，在發(fā)展的進程中對當代外科的三大技術(shù)都有廣泛的使用和充分的認識。

簡單介紹，第一張圖是開腹手術(shù)，手術(shù)臺上站了4個人。第二張圖腹腔鏡手術(shù)站了3個人，機器人技術(shù)臺上站了1個人。手術(shù)臺上的醫(yī)生越來越少，功能越來越復雜強大，就像是自行車、汽車和飛機的遞進。

在我們看來，即便到今天的時代，我們可以用機器人做絕大部分手術(shù)的時候，有一部分的病人還是會選擇用腹腔鏡或者選擇用開放的手段做。因為不同的手術(shù)有適應(yīng)癥，我們應(yīng)該為病人選擇最合適的，而不是用最先進的方法。這是相互協(xié)同，互為補充的關(guān)系，目前階段不能絕對說這是取代的關(guān)系。

從2011-2019年我們完成了達芬奇機器人肝膽手術(shù)數(shù)量超過3000例。說明我們胰腺種類的手術(shù)很全，最復雜的手術(shù)我們都可以做，這是我們的胰腺手術(shù)數(shù)量。從全國來說，2011-2018年我們完成了全國32%的肝膽胰機器人手術(shù)，由我們中心完成。2018年我們完成全國手術(shù)總量的40.2%，我們是70張病床的病區(qū)，數(shù)量是很少，但我們完成的機器人手術(shù)數(shù)量非常多。

我們在此基礎(chǔ)上做了理論的創(chuàng)新，撰寫了技術(shù)書籍，制訂了國家衛(wèi)計委的手術(shù)操作指南、國際手術(shù)操作共識。目前有三項世界第一：手術(shù)總量、疑難手術(shù)量和創(chuàng)新手術(shù)量。

說完自己，我們談?wù)労暧^情況。

目前我國整體情況，2018年我國衛(wèi)生健康事業(yè)發(fā)展統(tǒng)計公報顯示，全國醫(yī)療機構(gòu)和醫(yī)院醫(yī)院總量有98萬個，不到3%的醫(yī)院占據(jù)76%的床位，優(yōu)質(zhì)醫(yī)療資源分配極度不均衡，分級診療難以得到落實。這是第一個情況。

第二個情況，從2012-2015年我國超過65歲以上的人口從9.4%上升到10.5%，與此同時，每千人的醫(yī)生量從1.6%僅僅上升到1.8%，人口老齡化增加了醫(yī)療需求，但是醫(yī)學從業(yè)人員或者外科從業(yè)人員非常不足，這來自于國家統(tǒng)計局的數(shù)據(jù)。

我們希望通過從外科的維度和手術(shù)機器人實現(xiàn)醫(yī)療標準化，減少對人力資源的依賴。這是基本目標，也是我們的理想。

我們把優(yōu)秀外科專家能力定為100，把基層普通外科醫(yī)生能力定為1，在100和1之間我們希望向上半段偏態(tài)分布，通過智能化和機器人的手段讓平均的醫(yī)療實踐水平超過70分，這是我們的奮斗目標。在這一過程中，機器人是非常重要的載體。

機器人在外科領(lǐng)域的應(yīng)用的歷史過程，從早期的導向定位機器人到后期的持物臂機器人，到后期的主從式機器人等階段。

這是持物臂機器人，持物臂機器人的核心特征是穩(wěn)定，哪怕是優(yōu)秀外科醫(yī)生的手一樣會振顫和抖動，機器人不會，他可以非常穩(wěn)定、精確的操作完成。

我們希望機器人具有手術(shù)導航功能，什么是手術(shù)導航？通過識別人體器官和手術(shù)機械，根據(jù)手術(shù)前的規(guī)劃為外科醫(yī)生進行術(shù)中指導，它可以規(guī)劃手術(shù)路徑，進行術(shù)中提示。

手術(shù)導航是未來自動化手術(shù)的一個技術(shù)基礎(chǔ)，也是真正意義上機器人手術(shù)的必備功能，這是我們的理解，它可以降低手術(shù)難度，提高手術(shù)質(zhì)量，同時可以輔助新外科醫(yī)生的培訓。

手術(shù)導航基本原理是構(gòu)建手術(shù)器械、三維影像和手術(shù)部位之間的空間關(guān)系。非常類似我們駕車導航時構(gòu)建了車輛、道路和地圖之間的空間關(guān)系。人體組織器官簡單分為兩類：硬質(zhì)器官和軟質(zhì)器官。骨骼屬于硬質(zhì)器官，空間比較固定。導航機器人的核心要求是配準，目前導航主要應(yīng)用在骨科、神經(jīng)外科，機器人也是用在骨科。

目前手術(shù)導航有兩種方式：光學導航和電磁導航。

光學導航是通過光線的反射和指示實現(xiàn)導航，好處是結(jié)構(gòu)比較簡單，但是它的缺點明顯，光線容易被遮擋，只能應(yīng)用于體表器官，對于像神經(jīng)外科、開顱手術(shù)、脊柱外科、關(guān)節(jié)外科等，像我們做腹腔手術(shù)或者胸腔手術(shù)，光線難以進來。

電磁導航通過器械上的磁感應(yīng)線圈指示在磁場中位置，這個磁場很容易受到電磁環(huán)境的干擾，目前主要用于介入手術(shù)，如鼻竇手術(shù)或者顱內(nèi)手術(shù)，比較小的管狀器械手術(shù)用電磁導航是比較合適的。

目前開展手術(shù)導航機器人的研發(fā)廠家主要包括是史賽克、Medtronic（美敦力）和Rosa。國產(chǎn)比較優(yōu)秀的是天璣手術(shù)機器人，它是很不錯的，亞毫米級的導航精度。

從外科角度看機器人的問題。外科醫(yī)生應(yīng)當具有很高的勇氣，應(yīng)當跟疾病和困難做短兵相接，短兵相接的途徑是人手，也就是外科醫(yī)生的手指。

腹腔鏡技術(shù)的發(fā)明給我們提供腹腔鏡器械讓外科醫(yī)生的手得到延伸。不管是開放性手術(shù)還是腹腔鏡手術(shù)，本質(zhì)來說是臨臺手術(shù)，外科醫(yī)生離不開手術(shù)臺。機器人手術(shù)系統(tǒng)的出現(xiàn)特別是主從式機器人手術(shù)系統(tǒng)的出現(xiàn)把遠程操作變成可能性，完成了離臺手術(shù)。

離臺手術(shù)有很多的優(yōu)勢，它可以減少感染、減少抖動、減少外科醫(yī)生的疲勞。最重要的一點，離臺手術(shù)第一次在外科醫(yī)生手指活動和手術(shù)機械活動之間提供了人工智能等技術(shù)實施干預的平臺。比較出名的主從機器人包括早期的Zeus系統(tǒng)和達芬奇手術(shù)系統(tǒng)，達芬奇手術(shù)系統(tǒng)是目前臨床使用最廣的系統(tǒng)。

比較優(yōu)勢，我們把達芬奇手術(shù)機器人和傳統(tǒng)腹腔鏡手術(shù)進行比較，其優(yōu)勢明顯。它的圖像放得更大，沒有支點效應(yīng)，消除生理性振顫。自由度非常高，可以做精細的縫合、打結(jié)等精細動作。手術(shù)者遠離手術(shù)臺，減少感染的風險。

它的缺點是沒有觸覺反饋，機器人手術(shù)系統(tǒng)在布置時很麻煩。我們早期做機器人手術(shù)，安裝一個機器人，把病人躺好固定好，我們把所有的孔戳好，大約需要40-50分鐘，系統(tǒng)復雜、孔多，布置起來很麻煩。

通過技術(shù)改進，現(xiàn)在的速度可以縮短20分鐘內(nèi)，甚至十幾分鐘可以布置完。

我們主要將機器人手術(shù)用于像肝膽胰腫瘤等復雜手術(shù)，簡單的手術(shù)不需要機器人來做。現(xiàn)在新一代機器人系統(tǒng)穿刺孔呈線性排列，但依然徹底沒有解決安裝和布置比較復雜的核心問題。

總的來看，機器人手術(shù)系統(tǒng)可以減少手術(shù)所需的醫(yī)生數(shù)量，它可以減輕醫(yī)生疲勞。從右圖可以看到主刀醫(yī)生坐在這里做手術(shù)。我們發(fā)現(xiàn)醫(yī)生腰椎、頸椎可能是好了一點，但是手指頭不行了。

我個人不滿意人體工學設(shè)計，太疲勞了。如果將來有更符合生理習慣的情況做手術(shù)，可以進一步提高外科手術(shù)的效率。

主從式系統(tǒng)除了宙斯和達芬奇手術(shù)機器人外，還有其他系統(tǒng)，韓國開發(fā)了RIVI-I，和達芬奇手術(shù)系統(tǒng)很相似。意大利Senhance，這個系統(tǒng)有兩個核心特點：一是具有一定程度的初學反饋；二是可以通過手術(shù)者的眼球、運動調(diào)整監(jiān)控視野，手術(shù)者的坐姿相對來說比較舒服。

國產(chǎn)包括妙手機器人以及康多機器人。

在機器人基礎(chǔ)上進一步發(fā)展，出現(xiàn)自動化手術(shù)機器人。這是自動縫合機器人，通過全景3D攝像頭、紅外熒光成像、自動縫合傷口，在外科醫(yī)生監(jiān)督下實現(xiàn)自動縫合，可以識別外科醫(yī)生的動作，對外科醫(yī)生形成縫合操作上的配合，這是非常了不起的。

更加了不起的是強生和谷歌研發(fā)的Verb，他們一直強調(diào)不是機器人，但我把它歸為這一類，將來它叫數(shù)字化手術(shù)平臺，主要引入了機器學習、大數(shù)據(jù)，主動分析手術(shù)數(shù)據(jù)。預期目標是實現(xiàn)主動輔助手術(shù)。

從現(xiàn)階段來看，我們用了達芬奇手術(shù)機器人，嚴格意義上它不是智能化的設(shè)備，它只是微創(chuàng)手術(shù)良好的執(zhí)行終端。

與此同時，它可以提供非常高質(zhì)量的手術(shù)視頻數(shù)據(jù)，這是非常寶貴的財富。數(shù)據(jù)是人工智能的基石。

這是肝臟手術(shù)，左邊是肝臟。通過手術(shù)中的視頻解析可以讓計算機理解當前手術(shù)視頻中發(fā)生的操作。我們希望它可以在手術(shù)中作出合理選擇，下一步要去哪里，規(guī)劃下一步手術(shù)操作，對各個操作細節(jié)，比如你靠近大血管或者你靠近不應(yīng)該去的地方，這時候有紅燈預警、聲音預警或者圖像預警。

如果將來融入實時融合分析，這個手術(shù)做到這個地方做不下去，不會做怎么辦？可以調(diào)用大數(shù)據(jù)專家系統(tǒng)的錄像看別人怎么處理，這對極端場景會產(chǎn)生非常良好的幫助。

在我們研究中最核心的問題是軟質(zhì)器官術(shù)中配準，我們主要做肝膽胰手術(shù)，我們做的是軟的東西，在切除過程中來回搬動，它發(fā)生形變。切了半肝，這跟術(shù)前的三維數(shù)據(jù)不是一個東西。

這時候多模態(tài)數(shù)據(jù)在狹窄的視野中如何配準是一個重要的問題，我們希望通過學科交叉協(xié)同解決這些問題。

遠程機器人手術(shù)。主從式機器人系統(tǒng)優(yōu)勢可以做離臺手術(shù)。宙斯系統(tǒng)出來后在2001年做了林德伯格手術(shù)，從紐約到法國斯特拉斯堡之間，二者距離6000多公里，通過跨大西洋海底通信光纜完成膽囊切除術(shù)，手術(shù)45分鐘順利結(jié)束。

結(jié)論就是，只要有可靠的信號機器人可以完成手術(shù)。聽上去非常好，實際價值不大，這用的是專線光纜，實際過程中不可能每個病人都這么做。

我們?nèi)ツ旰涂刀鄼C器人、華為、福建聯(lián)通一起做了世界上首例基于5G通信技術(shù)的遠程動物手術(shù)實驗，還有相關(guān)的報道。我們的距離很近，大概50公里，一個是在福建的孟超肝膽醫(yī)院，另一個在福建聯(lián)通實驗室，50公里和500公里的區(qū)別不大，我們走的是無線網(wǎng)絡(luò)。

無線情況下的遠程手術(shù)和過去光纜條件下的遠程手術(shù)最大的區(qū)別是布置的靈活性，將來一個醫(yī)生坐在辦公室可以同時監(jiān)督、實施多臺手術(shù)。這是了不起的場景，多個外科醫(yī)生協(xié)同完成同一臺手術(shù)，多個外科醫(yī)生在不同的地理位置上，用這樣的中心可以覆蓋各種各樣的場景，實際上我們在這方面的有一些課題，我們一直在做這方面的研究，希望通過無線遠程手術(shù)解決特殊情況下的手術(shù)外科需求。

簡單小節(jié)一下，外科機器人手術(shù)發(fā)展過程中，機械功能不斷增強，類人屬性不斷增加，同時自動化和智能化水平不斷提高。在我們看來機器人手術(shù)充分的與人工智能進行結(jié)合，主要發(fā)展趨勢包括以下幾方面：

一是輕量化發(fā)展趨勢；二是專門化發(fā)展趨勢；三是無線化發(fā)展趨勢；四是導航、標定和配準；五是智能化，將達芬奇與機器學習充分融合，實現(xiàn)真正意義上的手術(shù)機器人。

我們在學科上提出一個理念，手術(shù)機器人+智能導航+自動化控制=智能外科。智能外科是人工智能所驅(qū)動的手術(shù)系統(tǒng)。

以上是我的匯報，謝謝大家！

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