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| 本文作者： 趙青暉 | 2017-07-31 14:22 |
雷鋒網(wǎng)消息，7月7日，中國計算機學會（CCF）主辦，雷鋒網(wǎng)與香港中文大學（深圳）承辦的第二屆CCF-GAIR全球人工智能與機器人峰會在深圳如期開幕。在7月9日舉行的未來醫(yī)療專場上，蘇州大學機電工程學院院長、蘇州醫(yī)用機器人協(xié)同創(chuàng)新研究院院長、蘇州大學相城機器人與智能裝備研究院院長孫立寧為我們帶來了一場宏觀的關于醫(yī)療機器人的演講。孫立寧院長是一位學者，也是一位企業(yè)家。他是蘇州博實機器人技術有限公司董事長，同時也是國家杰出青年基金獲得者、長江學者獎勵計劃特聘教授、國家萬人計劃領軍人才。
在演講結束之后，雷鋒網(wǎng)與孫立寧院長進行了簡短的交談，本文系孫立寧在大會上報告的全部內(nèi)容精編以及雷鋒網(wǎng)與孫立寧院長的訪談實錄精編。
（雷鋒網(wǎng)做了不改變原意的精編）
醫(yī)療器械產(chǎn)業(yè)發(fā)展迎來了新契機
從大的領域來看，醫(yī)療機器人屬于醫(yī)療器械。這方面我們國家的宏觀形勢非常關注，從國家中長期規(guī)劃、國務院醫(yī)藥衛(wèi)生體制改革以及戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)等等，都提出了關于高端醫(yī)療器械的發(fā)展。
1、醫(yī)學研究的深度和廣度不斷擴展
隨著醫(yī)學研究的深度和廣度不斷擴展，從過去的組織器官發(fā)展到細胞和分子層面，已經(jīng)發(fā)展到整體和系統(tǒng)的方面。研究也開始從各個角度開始進行，包括生物、環(huán)境、人的心理、社會和大的社會工程方面。
2、從多學科交叉的融合與滲透
當前的科學和生命科學、生物技術、納米技術、信息技術、認知技術、先進制造技術不斷壯大。
3、新的診斷與治療技術手段不斷出現(xiàn)
診斷方面，過去看X光發(fā)展到CT、核磁現(xiàn)在到分子診斷。治療方式方面，從過去的手術包括治療、吃藥，發(fā)展到微創(chuàng)，以及到基因診斷。
4、新技術推動醫(yī)學新的發(fā)展方向
而從大的健康領域來看，不僅僅是看病、吃藥的問題，而是從預防、預測、個性化診療包括人工智能技術的發(fā)展，都為這個領域提供了很好的變化。
新一代生物、信息、制造技術快速向醫(yī)療器械領域匯聚
發(fā)達國家注意到當前的大數(shù)據(jù)、智能傳感器、快速基因測序、分子診斷、微納制造包括柔性可延展電子器件、可穿戴設備包括人工智能都向這方面發(fā)展。
在檢測方面，出現(xiàn)功能一體化的影像產(chǎn)品，比如低劑量X光、診療一體化的設備等。在藥械融合方面，包括可吸收的生物材料、可以植入的材料、打印技術等等，都為新型高端醫(yī)療器械提出新的解決方案。
醫(yī)療體系的變化
當前的醫(yī)療體系發(fā)生了很大的變化，從過去治病、看病到現(xiàn)在的健康以及醫(yī)療器械的信息化、智能化、網(wǎng)絡化、便攜化的日趨發(fā)展，促進了整個醫(yī)療體制的改觀。具體來說，當前的醫(yī)療器械處于前所未有的大好時機。
發(fā)展機遇
中國制造2025包括十個領域，過去的“生物醫(yī)藥”，發(fā)展到現(xiàn)在的“生物醫(yī)藥與高性能醫(yī)療器械”。這里面很大一塊是醫(yī)用機器人、高端的醫(yī)療器械。高檔數(shù)控與機器人領域中，也講了醫(yī)療機器人將作為重要的發(fā)展方向。在近期工信部、發(fā)改委、財政部聯(lián)合印發(fā)的《機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2016-2020年）》中，預測到2020年會有10個標志性的產(chǎn)品，其中手術機器人就是預測的重要的標志性成果。國家重點研發(fā)計劃智能機器人重點專項已經(jīng)發(fā)布指南，我們也注意到服務機器人里將手術、康復、助老助殘作為重要的發(fā)展方向。
2014年我參加國家醫(yī)療器械“十三五”規(guī)劃。講到醫(yī)療裝備的發(fā)展趨勢，高性能、智能化，是國家的戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)。從檢測設備開始，從彩超到深化檢測又發(fā)展了手術導航機器人和康復訓練機器人，又發(fā)展到個性化機器人。
2015-2016年我參加中國科協(xié)組織的國家創(chuàng)新力評估組，其中有一個關于智能生活的領域評估，包含包含幾個主題：智能交通、智能服務、智能健康、泛在安全。這里面智能健康發(fā)展的思想，就講機器人技術、微納米技術、3D與信息技術的融合，未來的發(fā)展會涉及到疾病診斷與監(jiān)測、微創(chuàng)治療、遠程醫(yī)療、移動醫(yī)療、健康監(jiān)護、康復、助老助殘、健康信息化、網(wǎng)絡健康顧問服務。通過互聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展，未來在健康信息化和網(wǎng)絡健康顧問方面會得到非常重要的發(fā)展。而在裝備層面，無論檢測、診斷和助老助殘包括微創(chuàng)手術都跟機器人先進制造技術的關系是非常密切的。從大的宏觀形式看，醫(yī)療裝備是越來越高端，就出現(xiàn)了醫(yī)療機器人的發(fā)展方向。
從用機器人來輔助和幫助醫(yī)生解決患者的問題來講，大概分成四個方面。
第一，手術機器人。輔助和替代醫(yī)生進行手術作業(yè)。這方面骨科用得比較多，這一類產(chǎn)品國外有不少，都是在關節(jié)置換過程中，通過生物力學的計算和精準的圖像匹配，實現(xiàn)精準作業(yè)，從效果上比人來得快。剛才Nelson教授講了國外好多好多新的產(chǎn)品，這方面的的確確是一個重要的發(fā)展方向，也是一個很好的產(chǎn)業(yè)。
第二，康復機器人和醫(yī)用服務機器人。康復類機器人在解決老年人、殘疾人的替代方面，目前又發(fā)生了很大的變化。醫(yī)用服務機器人，在醫(yī)院里幫助護士和醫(yī)生對患者進行看護，藥品的傳輸，這些監(jiān)控方面的工作，也采用了自動化、無人的機器人方面的替代。
第三，檢測類機器人。過去的CT運動和結構相對比較簡單，現(xiàn)在發(fā)展成用機器人的結構來實現(xiàn)傳統(tǒng)的檢測設備高端化，又出現(xiàn)機器人化的醫(yī)療裝備。國外已經(jīng)有很多產(chǎn)品，包括機器人化X光機、機器人化超聲檢測與診斷系統(tǒng)等。過去是人來手術，現(xiàn)在機器看片子，機器手術。這樣的好處是精準。這方面骨科用得比較多，這一類產(chǎn)品國外有不少，都是在關節(jié)置換過程中，通過生物力學的計算和精準的圖像匹配，實現(xiàn)精準作業(yè)，從效果上比人來得快。
第四，微納血管介入機器人。剛才談到未來機器人進入到血管，現(xiàn)實地看，過去我們到醫(yī)院里，醫(yī)生在X光機下進行導絲/導管，醫(yī)生和患者同時用大量X射線進行，而現(xiàn)在用機器人實現(xiàn)導絲/導管，很精準。國外也有類似的磁類導航和力反饋的，是操作型的機器人還不是小機器人進入到血管。
從國外的發(fā)展來看，有達芬奇手術、賽博刀、Mako骨科手術、ROSA神經(jīng)外科以及脊柱手術機器人等等，瑞典、以色列、法國等都有大量研發(fā)和市場推廣工作，又出現(xiàn)康復的、檢查的、診斷的機器人，如雨后春筍涌現(xiàn)。
中國的情況起步也不是很晚，近十年來從國家基金委、863計劃里支持了北航為代表的一些研發(fā)。像北航王田苗教授的腦定位，進行神經(jīng)微創(chuàng)。中科院先進技術研究院的脊柱機器人、北理工的頜面機器人等等。目前在國內(nèi)比較高端的機器人研究比較多的單位，都開始從事這個領域。2008年前后，北航王田苗教授通過遠程機器人導航，實現(xiàn)一個9歲孩子的手術。這個中央電視臺已經(jīng)進行了報道，效果非常好。
腹腔手術
在當前醫(yī)療機器人里，大家接受的是通用的腹腔手術。
過去手術無論是膽囊還是腸道，都是開膛剖肚。十幾年前醫(yī)生在臺面上進行操作，大概需要幾個小時。很辛苦，還可能發(fā)生顫抖?，F(xiàn)在美國人發(fā)明了一個立體的屏幕，通過機械手帶動幾個機械微創(chuàng)器件，通過它的遙控，實現(xiàn)操作。能夠?qū)崿F(xiàn)遠程、穩(wěn)定、微創(chuàng)。陸陸續(xù)續(xù)在國際上得到快速發(fā)展。像日本、加拿大還有意大利，都在開始這方面的研究。
天津大學的王教授做了妙手，在國內(nèi)進入了臨床試驗階段。我本人的團隊哈工大已經(jīng)開發(fā)出腹腔手術，跟國外的水平也比較接近了。
骨科機器人
過去我們做接骨，人在X光下進行感覺操作。如果對準三個毫米以內(nèi)就算成功，三毫米以外這個手術就失敗了。成功率基本在70%?，F(xiàn)在用機器人來看，通過X光導航，兩個機械臂進行拉伸，對準用機器人打孔，自動把釘子鎖上，在2004年前后就研發(fā)成功了。目前這個平臺也陸陸續(xù)續(xù)進行了很多關鍵技術的應用。
微創(chuàng)手術機器人系統(tǒng)&腸道診療微機器人系統(tǒng)
機器人進入血管還早，進入腸道還比較容易。首先開發(fā)出藥丸子，吞下去就能看到圖像。這個被動藥丸，賣了63個國家。下一代會是主動的，能在腸道里走，鏡頭能調(diào)整和釋放藥物，進行活檢，但至少還要五年時間才能實現(xiàn)。
還有人類的結腸，用肛腸鏡進行探測。這里面簡單說就是蛇形機器人，柔體的，在腸道里能自動的根據(jù)腸道情況進行適應，這個更現(xiàn)實。包括像老年人脊椎彎掉，大手術很困難，通過X光照射，就發(fā)現(xiàn)用生物力學的方法，用機械臂打幾個孔，把里面注射球囊，這樣脊椎就直了。
總結一下當前國內(nèi)的情況。
一方面是高校。在醫(yī)用機器人研究中，北航、北理工、哈工大、中科院研究所、深圳中科院（深圳）自動化所、沈陽自動化所等等實力很強。另一方面，十幾年前大家說研發(fā)醫(yī)用機器人感到很不理解，很危險，離產(chǎn)業(yè)很遠，政府并不關心。而現(xiàn)在看來地方政府非常關心，深圳提了機器人研究院，立了很多項目。包括蘇州政府、上海交大，都在全國成立醫(yī)用機器人研發(fā)平臺。
這是國內(nèi)的研發(fā)情況，產(chǎn)業(yè)的情況看，的的確確很大的市場。在各類手術機器人中，手術類占60%。其他比如放射占20%，急救、外骨骼和康復占得比較少，但整體看，市場很大，并且康復機器人有望成為醫(yī)療機器人中的一個主要市場力量。
從國際上的報道看，目前來看，工業(yè)機器人市場份額最大，第二是軍用機器人，但醫(yī)療機器人在2025年將達到170億美金，將成為取代軍用機器人的第二大市場。
緊跟臨床技術發(fā)展
看幾個醫(yī)用機器人的發(fā)展趨勢，顯然人們希望從手術類來看，創(chuàng)傷越小越好，達到席教授跟Brad Nelson那種，吃一個藥進去就最好了。但還很遠。手術微創(chuàng)越來越成為主流發(fā)展方向?，F(xiàn)在的機器人是開放式，搞一個大口子?，F(xiàn)在用四個或者幾個鉗子，放到腹腔，就留了幾個孔，未來發(fā)展希望單孔。這一個孔進去，通過機械手的變形作用，顯然是一個很好的概念，但是還比較難。這個技術沒有停止，國際上像美國直覺，加拿大、意大利、慕尼黑、美國內(nèi)布拉斯加包括瑞士還有交大，都在開發(fā)柔性的操作臂。這里面醫(yī)生提了很多好的項目。未來在胃的手術，通過食道放進去一個柔性機械臂，通過變形長成兩個到三個，在胃里就可以手術了。包括前列腺等等，這都是這個領域未來5-10年重點的發(fā)展方向。前兩年科技部又立了兩家單孔手術機器人和多孔手術機器人，要求他們3-5年實現(xiàn)很好的應用。
我們看到達芬奇手術機器人費用太貴太大，一般的醫(yī)生用不起。這里面的核心問題是解決醫(yī)生能精準操作，現(xiàn)在研發(fā)是一體化的，醫(yī)生還是操作，但手術機械是電動的，人通過控制就可以，不有操作。上個星期跟我們國家孫院士談了，他高度的評價，這種對中國當前推廣低成本、自動化的器件，非常有幫助。剛才也看到了柔性臂的研究，在結構上非常精巧。
從醫(yī)療機器人技術層面，大家看看有哪些。
第一，三維重建與配準，通過各種圖像實現(xiàn)圖像重構，提高手術可視化程度。對器官組織得看到，通過各種圖像實現(xiàn)圖像重構，無論是骨頭還是組織器官。
第二，術前術中導航與規(guī)劃。通過計算機模擬，進行導航規(guī)劃提高手術精度，生物組織不是拿刀隨便手術的，必須跟醫(yī)生的經(jīng)驗，在什么地方注入和切割，這里面要通過計算機模擬，進行導航規(guī)劃提高手術精度。
第三，新型結構，小型的柔性的高精度帶傳感器的結構，是未來的發(fā)展方向。無論單孔還是雙孔還是骨科，微型器件非常關鍵，這里面出現(xiàn)了很多針對不同手術，不同作業(yè)要求的新型的手術器械。
第四，智能材料，提高手術療效。過去的機械結構很難變形，現(xiàn)在通過新興材料，能制造柔性機器人，還包括可移植的人工心臟、心臟瓣膜等等。
第五，智能控制和多信息融合，提高手術精度。手術過程中人獲得了圖像，也需要獲得操作過程的力反饋。這些信息的融合怎么能夠讓人機交互更好，就存在智能控制與信息融合方面的問題。
第六，手術生物建模，拓展醫(yī)生手術抉擇能力。人在手術的時候是靠經(jīng)驗的，所以就必須把組織骨頭和肌肉或者器官、肝臟、胃等等進行生物建模。這里面不僅是成效，更重要的是生物組織材料的特性要確定，引導機器人實現(xiàn)正確的操作。
第七，人機交互，提高手術的可操作性。提高手術可操作性、假肢控制。這方面是非常前沿的。
從技術層面上分成了七方面。
醫(yī)療機器人是一門跨界學科，研發(fā)周期長，門檻比較高，所以就必須建立一個政、產(chǎn)、學、研、醫(yī)、資結合的平臺，把這些資源整合起來。
本人也做了一些探討，怎么樣把產(chǎn)業(yè)做大？要素是什么？肯定要有技術、人才、資本、高校、政府、醫(yī)院、醫(yī)生、標準、檢測，這些方面在一個平臺上連起來才能做好。
比如怎么發(fā)揮政府資源和作用，我們成立了一個平臺，把專家、學者、教授作為專業(yè)導師，給他們扶持幫助、給他們投資，有項目先做一做，做得差不多了，有一些社會資源的幫助跟企業(yè)對接，然后使得這個研發(fā)解決很多麻煩。
比如后來本人建議蘇州政府把他們串起來建立一個研究院，主要引進一些技術、人才和項目。通過幫助他們引進社會資本專門做醫(yī)療器械方向，做大的時候就形成一個產(chǎn)業(yè)園，這是比較理想的狀態(tài)。通過一年多的實踐，做得還可以。
為了創(chuàng)新，肯定要進行研發(fā)支撐。國家給你經(jīng)費，地方政府也給一些平臺，支撐發(fā)展，規(guī)劃發(fā)展。
以上是講講大的形式看醫(yī)療機器人裝備，是機器人和醫(yī)療器械，國家很重視。我們抱團取暖，能很好的合作，把產(chǎn)業(yè)做大，共同發(fā)展。謝謝大家！
訪談記錄
雷鋒網(wǎng)：您對手術機器人未來的預期是什么樣的？是會作為醫(yī)生的輔助，還是全自動運行的機器人？
孫立寧：我們現(xiàn)在都把醫(yī)用機器人叫做「XX醫(yī)用輔助機器人」，重點就在「輔助」兩個字上。醫(yī)生是一個非常復雜的職業(yè)，機器的智能暫時還達不到那個程度。所以醫(yī)生作為人類來講，在一些操作上并沒有那么精準，而機器精度高，還有一些機器人識別的能力，就能夠幫助醫(yī)生去提高精度和效率，但總的來說，機器人還是在醫(yī)生的控制之下工作，醫(yī)生才是主體，機器人只是輔助。
雷鋒網(wǎng)：在醫(yī)療機器人中，除了手術機器人，還有哪些領域還在未來有很大的發(fā)展?jié)摿Α?/strong>
孫立寧：
我剛才講了醫(yī)療機器人有四類：
第一類就是手術，手術機器人目前看來，是醫(yī)療機器人重點關注點。
第二類比較容易實現(xiàn)的就是醫(yī)院輔助機器人，輔助護士做一些服務性的工作，不過多涉及到患者的身體，安全性沒問題，所以容易實現(xiàn)。
第三類是康復類機器人，這個類別之前體量就很大了，比如假肢廠、輪椅廠，但是做的都比較低端，目前產(chǎn)業(yè)升級之后呢，所面臨的問題就是國內(nèi)醫(yī)保的問題，一個康復機器人最便宜三五萬塊，很多家庭承擔不起。但估計未來五年，假肢會出現(xiàn)“感知能力”之后，就會有一個比較大的量。
還有一類就屬于大健康領域了，比如穿戴醫(yī)療設備等等，這方面發(fā)展也會很大。
雷鋒網(wǎng)：您在演講中提到了軟體手術機器人，目前這個類別的機器人的發(fā)展狀況是什么樣的？
孫立寧：現(xiàn)在手術機器人，比如用于腸道手術的是四個孔，但對人體的破壞還是有些大，現(xiàn)在的研究就是希望將來可以達到微創(chuàng)手術效果，比如手術機器人一個孔進入到腸道，然后進行變形成四個爪，這個就是柔性的核心了了。
柔性是屬于醫(yī)用機器人比較前端的技術，總體處于研發(fā)階段，目前國內(nèi)外很多研究都是公司和大學開始合作開展立項，進行柔性機器人的研究了，中國也有三四個單位有原型樣機出來了，但是要想達到實際臨床應用，我估計得五年。
雷鋒網(wǎng)：您在演講中提到微型機器人，并且說微型機器人進入血管還很遠，大約會在未來多久實現(xiàn)？
孫立寧：目前微型機器人可以做到進入腸道，被動式的機器人隨腸道蠕動，用無線發(fā)射的方式幫醫(yī)生獲取腸道內(nèi)的圖像，這種機器人目前已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化了。但是這種微型機器人和能夠進入血管的機器人是非常不同的，腸道中的機器人大到十幾個毫米，而血管中的要更小。目前能夠進入血管的機器人整處于技術攻關的狀態(tài)，我估計還得有10年才能進入到血管中實驗，如果臨床應用可能還需要20到30年。
雷鋒網(wǎng)：腦機、康復機器人目前的研究目的是治療，但是根據(jù)趨勢來看，未來很有可能會被用在增強方面，您對這個事情怎么看？這些技術會不會對人類造成一些負面影響？
孫立寧：拿康復機器人來說，未來往增強方面發(fā)展就是助力機器人，現(xiàn)在的生產(chǎn)線不能全用人來搬東西，也不能全機器人來工作，所以助力機器人在一定情況下能發(fā)揮很大的作用，目前日本已經(jīng)開始這么做了。就這個例子來說，其實并不算是一個新鮮事，機器增強人這種形態(tài)早就存在了，比如說——車，車的本質(zhì)來說就是給人加個帶輪子的套子，讓人跑的更快而已，助力機器人之類的形態(tài)更多了。
任何新技術的產(chǎn)生都有負面影響，電能電死人、工程機械操作不安全等等，機器人也是一樣，只不過機器人形態(tài)變化大、動作更多，傷害的幾率可能更大，但是只要人們在安全方面處理得當，加上相關部門制定相關標準和政策管好，就沒什么問題。
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