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| 本文作者： 亞萌 | 2016-10-29 21:46 |
編者按：10 月 29 日，世界醫(yī)療機(jī)器人大會(huì)在深圳召開，香港中文大學(xué)機(jī)械與自動(dòng)化工程學(xué)系的副教授 Samuel Au 做了題為《手術(shù)儀器的進(jìn)步－－達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)與超越》的演講。
Samuel Au 是學(xué)界和產(chǎn)業(yè)界的雙棲人物：他 2 個(gè)多月之前加入香港中文大學(xué)，此前一直在 Intuitive Surgical 工作了 8 年多時(shí)間，曾擔(dān)任該公司新產(chǎn)品研發(fā)部門系統(tǒng)分析方向的研發(fā)經(jīng)理。在 Intuitive Surgical，他共同發(fā)明并領(lǐng)導(dǎo)了 FDA 認(rèn)證的達(dá)芬奇 Si 單孔手術(shù)平臺(tái)（2012）、達(dá)芬奇單孔 Wristed 針驅(qū)動(dòng)（2014）和達(dá)芬奇單孔 Xi 手術(shù)平臺(tái)（2016）。Dr. Au 是超過 12 家同行評(píng)議的手稿和會(huì)議期刊的作者或合作者，并有超過 20 項(xiàng)專利正在申請(qǐng)中。他的作品在許多雜志上都有報(bào)道，如紐約時(shí)報(bào)和 MIT Technology Review。他贏得了無數(shù)獎(jiǎng)項(xiàng)，其中包括美國(guó)機(jī)械工程師協(xié)會(huì)（ASME）學(xué)生機(jī)械設(shè)計(jì)競(jìng)賽的美國(guó)社會(huì)一等獎(jiǎng)（2007）、Intuitive Surgical 公司的問題解決獎(jiǎng)（2010）、Intuitive Surgical 公司發(fā)明獎(jiǎng)（2011）。
（下面是演講正文，雷鋒網(wǎng)在不改變?cè)獾幕A(chǔ)上做了一定程度的修改。）
我最近關(guān)于達(dá)芬奇的手術(shù)機(jī)器人進(jìn)行了很多方面的研究，所以非常榮幸今天有機(jī)會(huì)蒞臨會(huì)場(chǎng)和在座各位嘉賓學(xué)者分享我的研究成果。我會(huì)告訴各位我們是如何使用這項(xiàng)技術(shù)改變病人的健康問題，而且如何將它用到我們的手術(shù)當(dāng)中。
達(dá)芬奇是一款微創(chuàng)型手術(shù)的機(jī)器人，使得醫(yī)生可以遠(yuǎn)程對(duì)病人進(jìn)行檢視、進(jìn)行手術(shù)。它主要包括三個(gè)部分：手術(shù)控制臺(tái)、控制系統(tǒng)以及機(jī)械臂（手）：醫(yī)生坐在手術(shù)控制臺(tái)上對(duì)電腦做出相應(yīng)的指令，攝像頭提示人體器官里面的相應(yīng)情況，醫(yī)生依據(jù)這些反饋信息做出手術(shù)決策，所以決策權(quán)還是來自于主治醫(yī)生。
你可能會(huì)問這樣一個(gè)問題，為什么我們會(huì)建立這樣一款系統(tǒng)？
這就需要搞清楚外科手術(shù)最根本的目標(biāo)：
醫(yī)生可以清楚地看到病變部位（不管是體內(nèi)還是體外）
在不傷害其它健康組織的情況下，去除病變組織
精準(zhǔn)修復(fù)
讓傷口看起來就像沒有經(jīng)過手術(shù)一樣
而達(dá)芬奇的手術(shù)系統(tǒng)大部分是基于這樣的初衷研發(fā)而成的。
我們需要讓主刀醫(yī)生能夠非常完美、準(zhǔn)確地看到相應(yīng)的疾病，比如病灶、組織、血管。還需要主治醫(yī)生以一種建設(shè)性的眼光審視相應(yīng)的組織，但有時(shí)這會(huì)因?yàn)橐曇罢系K受到局限。這是因?yàn)楹芏嘟M織是處在隱藏的、比較不容易達(dá)到的部分。達(dá)芬奇手術(shù)系統(tǒng)就是讓醫(yī)生到達(dá)這些非常難以到達(dá)的區(qū)域。
達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到不同的領(lǐng)域，包括像一般的外科手術(shù)、神經(jīng)手術(shù)及其他醫(yī)科里面。我們可以看到這個(gè)縱軸是每年由達(dá)芬奇所做的手術(shù)數(shù)量。
平均來講，這個(gè)手術(shù)的增長(zhǎng)量是非?？捎^的，與之前相比增長(zhǎng)了 40%。僅僅在去年，我們用達(dá)芬奇手術(shù)系統(tǒng)做了不下 600，000 場(chǎng)次的手術(shù)。
接下來有一張幻燈片，展示我們?nèi)绾问褂眠_(dá)芬奇系統(tǒng)進(jìn)行關(guān)于子宮切除手術(shù)方面的診治。
縱軸代表做手術(shù)的比例，正如各位看到的一樣，在 2005 年前，超過 90% 的手術(shù)都是以開放手術(shù)的方式來完成的。而 2005 年之后，人們開始更多地使用達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人。
首先我們需要問一些問題，什么叫單孔手術(shù)？單孔手術(shù)意味著我們的醫(yī)生只需要找準(zhǔn)身體上某一個(gè)單獨(dú)的手術(shù)切口。我們這里有多切口和單切口外科手術(shù)的比較。
多切口可以實(shí)現(xiàn)組織之間的分離，可以使用手術(shù)針單獨(dú)的探頭。其主要的問題是，從攝像頭的角度來講，為了控制這個(gè)單獨(dú)切口的手術(shù)，我們需要獲得更多準(zhǔn)確的信息。我們的醫(yī)生需要通過攝像頭的幫助，來決定他們?cè)撊绾尾僮飨鄳?yīng)的手術(shù)器具并開展手術(shù)。
另外，傳統(tǒng)的手動(dòng)單孔手術(shù)十分困難。
醫(yī)生的眼睛看的是投影出來的影像，另外一個(gè)助手幫他操控這些設(shè)備。所以通常來說他要花很長(zhǎng)的時(shí)間才能夠完成這種單切口的手術(shù)，大概需要 4-5 小時(shí)，這對(duì)于外科醫(yī)生來說是非常具有挑戰(zhàn)性的。
醫(yī)療界都希望解決這個(gè)問題，他們希望做出一個(gè)關(guān)節(jié)的連接器，做出一個(gè)機(jī)器臂，這是一個(gè)非常好的做法。
2009 年 Intuitive Surgical 公司的 CEO 來到我們團(tuán)隊(duì)，跟我們分享這個(gè)愿景。我們共同討論，在一個(gè)月內(nèi)提出兩個(gè)解決方案。我是負(fù)責(zé)其中一個(gè)項(xiàng)目的，所以現(xiàn)在已經(jīng)得出這樣一個(gè)生產(chǎn)線，就是制作達(dá)芬奇單孔機(jī)器人。
我們使用多個(gè)不同的關(guān)節(jié)，使用一些非常靈活的組件，使這個(gè)達(dá)芬奇機(jī)器人非常靈活，可以往里頭添加傳感器，可以進(jìn)行非常準(zhǔn)確的切割。
我相信大家可能曾經(jīng)看過這個(gè)縫葡萄皮的視頻，我們把葡萄的皮剝落出來，再把這個(gè)皮粘貼上去，從而能夠看得出來這個(gè)設(shè)備是非常精準(zhǔn)的。
它主要是模擬這樣一個(gè)機(jī)器手在人體腹腔的時(shí)候是怎么操作的，盡可能減少創(chuàng)傷。我們機(jī)器人能夠在非常小的區(qū)域進(jìn)行準(zhǔn)確的切割。
接下來是我們公司內(nèi)部一段視頻，是怎么使用這樣的機(jī)器人進(jìn)行實(shí)際手術(shù)上的操作（為避免造成一部分讀者不適，本文暫時(shí)不放出相應(yīng)圖片）。在這個(gè)視頻當(dāng)中，外科醫(yī)生在進(jìn)行切割，這是手術(shù)當(dāng)中非常困難的一部分。醫(yī)生需要把這些壞死的組織從患者身上切除，而這部分是在人體比較隱蔽部分。機(jī)器手操作的速度非?？?，但其實(shí)這是對(duì)于做手術(shù)來說正常的速度。
我們?cè)谂R床上的應(yīng)用，到目前為止得到美國(guó)藥監(jiān)局的批準(zhǔn)，可以推出達(dá)芬奇第三代單孔手術(shù)機(jī)器人，同時(shí)還有達(dá)芬奇其他的一些系統(tǒng)，也獲得了美國(guó)藥監(jiān)局的批準(zhǔn)。大家知道從 2012 年開始，我們已經(jīng)做過超過1000 多例單孔切割的手術(shù)，而每一年它帶給我們的收益達(dá)到 5000 萬美元。
再說一下在臨床上的益處。這張圖是患者身上拍的，是他做了單孔切割的手術(shù)之后。
如果用手術(shù)機(jī)器人，可以切得非?？欤卜浅？?，幾乎可以說無疤無痕的。另外，我們希望它接觸到人體內(nèi)部一些非常隱蔽的組織和器官。
首先這樣的裝置必須非常靈活，能夠在人體比較難處理的部分處理得好，另外一點(diǎn)，必須非常小型。到現(xiàn)在為止，它的運(yùn)動(dòng)機(jī)能方面可以說不是特別的準(zhǔn)確，所以還是要進(jìn)一步改進(jìn)，而且有時(shí)候有點(diǎn)僵硬。
作為一個(gè)機(jī)器學(xué)的研究人員來說，我覺得非常重要的一點(diǎn)就是，我們必須要在機(jī)器的末端添加一些傳感器。只有這樣，才能更好地令我們的機(jī)器人有觸覺。在 2008 年的時(shí)候， Intuitive Surgical 公司就開始和另外一家公司開展密切的合作，目的就是能夠研發(fā)一些非常長(zhǎng)但是非常細(xì)型的傳感器放在機(jī)器人當(dāng)中，從而測(cè)量機(jī)器人觸摸到的組織和器官。
這是非常先進(jìn)的技術(shù)，從上圖中大家可以看到，光纖傳感器跟我們頭發(fā)絲兒一樣細(xì)小，還可以和電腦圖形實(shí)時(shí)進(jìn)行投射。它的同步速度非?？旆浅?zhǔn)確，而且體積非常小。
我們把這些東西全部集合在一起之后，最終得出來的雛形就是 8 年前得出來的，里面兩個(gè)關(guān)節(jié)結(jié)合在一起只有 5 毫米。我給大家看一段視頻，我們以非常快的速度對(duì)器械進(jìn)行移動(dòng)，而且不會(huì)損害它的準(zhǔn)確度，同時(shí)每一個(gè)器械都是獨(dú)立運(yùn)作的。
（原視頻中紅色的部分快速移動(dòng)）大家可以看到它的速度和規(guī)模相當(dāng)驚人，最后可以準(zhǔn)確回到初始出發(fā)的位置。這樣的技術(shù)也能幫助我們，使得我們的機(jī)器人或者傳感器變得非常小，小到 3.5 毫米。
最后我想總結(jié)一下，重點(diǎn)談兩點(diǎn)。
第一點(diǎn)，我相信手術(shù)機(jī)器人依然處于初始階段，但是目前已經(jīng)能做微創(chuàng)手術(shù)，成功在 200 萬個(gè)患者身上成功進(jìn)行。
第二點(diǎn)，我想談靈活的器械能給我們帶來巨大機(jī)遇，能夠進(jìn)一步提升手術(shù)機(jī)器人的能力和它能夠觸及到的范圍。
感謝大家的聆聽。
延伸閱讀：
WMRC 2016 | 一文看懂醫(yī)用機(jī)器人及其產(chǎn)業(yè)發(fā)展
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