从全球外科医疗手术机器人发展史看AI智能手术趋势

从全球外科医疗手术机器人发展史看AI智能手术趋势

传统的外科手术是医生用医疗器械对病人的身体病灶进行切除、缝合等治疗。用刀、剪、针等器械在人体局部进行操作，除去病变组织、修复损伤、移植器官、改善机能和形态等。然而在某些手术中，患者需要承受巨大的痛苦——比如长达十几厘米的伤口、肌肉全部被切断......所以手术机器人的优势就被凸显出来：

　　1.机器人定位时间短、创伤小、定位精，减少人为误差。

　　2.可以代替医务人员进行有损害的操作，如注入放射性同位素。

　　3.机器人可以预模拟手术操作、选择最佳入路手术方案。

　　有了手术机器人，很多外科医生就不需要满头大汗、筋疲力尽的才能完成手术，而是坐在干爽的手术室里一边看着画面，一边操作手术机器人，完成手术后，穿着一身整洁如初的手术服，优雅的走出手术室……

　　下面，小编就陪各位看官捋一捋外科手术机器人的发展史。

   Puma 560

　　事实上，Puma 560并不是一台专用的手术机器人，它其实是一台关节式的臂式工业机器人，但它让首次有机器人参与的外科手术记录定格在1985年。

　　美国洛杉矶医院的医生使用Puma 560完成了机器人辅助定位的神经外科脑部活检手术。这是一个具有划时代意义的开端。但是当时生产该机器人的公司为了安全考虑，曾禁止使用该机器人被用于手术。

　　AESOP（伊索）

　　20世纪80年代初，被誉为手术机器人之父的王友仑从加州大学圣芭芭拉分校（UCSB）计算机工程专业本科兼研究生毕业，那时候的他正在思考自己攻读博士的方向。因为王友仑从小就十分迷恋机器人，认为机器人是未来发展的方向，是计算机与物理世界进行交互的方式。因此，他决定攻读 UCSB 的计算机工程（机器人方向）博士学位。

　　王友仑在 1989 年开始研究“伊索”（AESOP，自动最优定位内窥镜系统）医疗机器人——一种可由手术医师声控的“扶镜”机械手，以避免由于扶镜手生理疲劳所造成的镜头不稳定，最终于 1997 年研制成功。

　　1997年，伊索在比利时布鲁塞尔完成了第一例腹腔镜手术。伊索成为FDA批准的第一个清创手术机器人，同时“伊索”引领着手术机器人走向了商业化道路，直到2014年，外科医生应用伊索已在全球做了超过7.5万例次微创手术。

   ZEUS（宙斯）

　　1998年，伊索通过包括安装内窥镜等一系列的升级改造，逐渐进化成了宙斯。

　　宙斯可以通过遥控操作，是一套完整的手术器械机器人系统。宙斯共搭载了Surgeon-side和Patient-side两套系统。

　　Surgeon-side系统由一对主手和监视器构成，医生可以坐着操控主手手柄，并通过控制台上的显示器观看由内窥镜拍摄的患者体内情况。

　　Patient-side由用于定位的两个机器人手臂和一个控制内窥镜位置的机器人手臂组成。医生可以声控操作腹腔镜的手臂，同时用手操作其它两个机械手臂进行手术。通过患者腹部只有几个筷子粗细的小切口供内窥镜和机械臂出入即可完成手术，手术机器人的微创优势显露无疑。

　　daVinci（达芬奇）

　　达芬奇手术机器人是目前全球最成功及应用最广泛的手术机器人。它由IntuitiveSurgical公司在1999年研制成功，目前已推出四代产品。达芬奇代表着当今手术机器人最高水平。

　　它主要由三部分构成：医生控制系统，三维成像视频影像平台，以及拥有机械臂，摄像臂和手术器械组成移动平台。

　　除了优秀的性能外，达芬奇还有一个重要特点是，不再仅靠遥控操作，而是加入了一定的人工智能程序，虽然智能等级不高（只能实现一些简单的保护性动作反馈），但达芬奇的诞生，帮助手术机器人告别了2D平面时代，率先开创了更贴近现实世界的3D（虚拟遥控动作+现实操作反馈）新纪元。

　　历史上重要的手术机器人诞生时间

　　时至今日，“达芬奇”虽然在数量上统治着外科手术机器人这个领域，但在技术层面上，它已经不再是外科手术机器人中的"唯一"，实力雄厚的“挑战者”们正在层出不穷......

   Verb

　　谷歌母公司Alphabet和医药巨头强生（Johnson & Johnson）联合打造了一个名为Verb Surgical的公司，正式宣布两家进驻微创手术机器人领域。

　　Verb在体积、使用安全，价格等方面均优于独霸手术机器人领域的达芬奇机器人，并且Verb微创手术机器人的设计完全不同于达芬奇手术机器人，它放弃了远程实施手术的想法，允许操作手术的医生更靠近患者床旁，体积只有达芬奇机器人五分之一大小，新型智能化机器人不仅在体积上更精致小巧，在功能上也更具多变性和延伸性，甚至能够整合到外科手术床一体化。

　　Verb微创手术机器人的开发团队认为，未来的新型微创手术机器人将颠覆现有手术机器人的辅助操作规程和原理，深度学习（DeepMind）+人工智能（Knowing-how）+大数据。机器人自我学习、机器人辅助和自动手术过程、更高清立体的视觉图像视野，更强大的数据分析功能，助力实施靶向性微创手术。

　　MAKO

　　Stryker研发的MAKO机械臂手术辅助系统，它主要应用于膝关节单髁置换术（UKA）和全膝关节成形术（TKA），它可以进行实时的术中调整，在切开身体组织之前，允许进行更多膝关节与软组织平衡之间的修正，还可以为置入物的定位、腿的长度以及置入物的偏移情况提供精确的数据，更可以单独为髋关节手术平台提供扩展，视频给大家，自己去膜拜吧。

　　Sport Surgical

　　Sport Surgical系统是一家多伦多公司Titan Medical正在开发的项目，将手术台、单切口摄像头、置和多关节器材结合，并将于2017年在美国发布。Titan机器人系统旨在将机器人手术精细化，让机器人能够进行微小部位的手术，包括胆囊切除术。

　　ALF-X

　　另一家加拿大手术机器人公司TransEnterix，于2015年以近亿美元购并意大利SOFAR公司，取得ALF-X手术机器人技术。相比达芬奇外科手术系统，TransEnterix设备更便宜，并且有着达芬奇外科手术系统没有的功能：比如眼球追踪软件和触觉反馈。

　　Sport Surgical

　　Medrobotics的Flex Robotic系统提供喉部手术的机器人协助视觉系统，让手术更加灵活，操作更加便利。系统可以让机器人到达医生到达不了的地方，帮助喉部患病者解除病痛。

　　Mazor Robotics

　　医械行业的“老大”——Medtronic（美力敦）也不甘落后，与以色列手术机器人公司Mazor达成了4200万美元的股权合作，着手进驻脊柱外科微创机器人领域......几个月前美力敦高管更表示将在2018年年中之前发布新式外科手术机器人，计划首先在印度投入临床应用。

　　当然，中国也已经诞生很多自主研发的高水平的同类别产品。

　　Remebot

　　Remebot此产品是由天智航产品源于北京航空航天大学和北京积水潭医院合作完成的863项目成果衍生出来的，可以减少患者创伤、降低经济负担，提高医生手术效率，只是用两毫米的微创，代替过去开颅手术，只用30分钟就可以完成主刀医师的手术方案，定位误差可以做到小于1毫米。

　　CRAS

　　CRAS：海军总医院与北京航天航空大学联合开发的机器人系统CRAS是国内手术机器人系统的先行者，已完成第五代的研制和临床应用。该系统系统选用PUMA260、262机器人作为系统辅助操作的执行机构。第一代机器人于1997年5月首次应用于临床——在两名医生和一名计算机专家的共同指令下首次完成立体定向颅咽管瘤内放射治疗术；第二代1999年研制成功，实现了无框架立体定向手术；第五代机器人除了前四代机器人的特点外，自动定位功能更加先进，实现了视觉自动定位，使手术误差更小，手术操作更加快捷安全。该系统能通过互联网实施远程操作手术。

　　微创腹腔外科手术机器人系统

　　由哈尔滨工业大学机器人研究所研制成功，并通过国家“863”计划专家组的验收。据哈工大机器人研究所的研发人员介绍，国产微创腹腔外科手术机器人系统具有我国自主知识产权，研究人员针对微创外科手术的多种术式，在手术机器人系统的机械设计、主从控制算法、三维（3D）腹腔镜与系统集成等关键技术上都进行了重要突破，并申请了多项国家发明专利。这个项目的突破被看做是打破了进口达芬奇手术机器人的技术垄断，将加快实现国产微创手术机器人辅助外科手术。

　　“妙手S”手术机器人

　　由天津大学、中南大学等单位联合研发，具备自主知识产权的“妙手S”机器人在中南大学湘雅三医院成功完成三台手术，宣告国内首例国产机器人手术已成功开展。“妙手S”是天津大学研发的具有自主知识产权的微创外科手术机器人系统，较国外同类产品有三点技术优势。第一是运用了微创手术器械多自由度丝传动解耦设计技术，解决了运动耦合问题，固定、防滑、防松，更有利于精度保持。第二是实现了从操作手的可重构布局原理与实现技术，使机器人的“胳膊”更轻，更适应手术的需要。第三是运用系统异体同构控制模型构建技术，解决了立体视觉环境下手-眼-器械运动的一致性。据了解，“妙手S”外科手术机器人系统将有望3年内投产。

　　NSRS

　　香港理工大学成功研发了全球首台内置马达外科手术专用机器人系统NSRS，这项研究借助了香港大学李嘉诚医学院的外科临床经验，并已成功应用于动物实验。该技术预计两年后进入临床试验，最快将于2019年推向市场。该系统内置马达驱动机械臂，可经由单一切口或自然腔道进入人体进行各类腹腔或盆腔手术。该系统运作精确，并能提供良好的力度反馈，为微创外科手术领域开创了新的一页。

　　如上图所示，我们不难看出——手术机器人正在完成从人为操作的“机器”逐渐向智能“生物”转变......虽然FDA已经明确要求：“所有AI手术机器人必须在人类可控范围内”，但是智能化科技已经成为未来科技发展的终极方向，在全民智能化的热潮下，未来手术机器人这一领域真的能够保证不会从善如流吗？

关键字：医疗机器人