機器人給人類做手術，靠譜嗎？醫療機器人的過去現在和未來

英國皇家工程院院士、英國帝國理工大學哈姆林醫療機器人中心主任楊廣中，在 2017 年世界機器人大會主論壇上給大家做了主題為「人機共生——醫療機器人的未來」的分享。以下是科研圈小編根據楊老師現場分享文字實錄編輯整理，供大家參考。

25歲的醫療機器人，正在更好的發展

楊廣中：非常榮幸能夠參加此次會議，今天我想和大家分享的是醫療機器人過去二十五年的發展，以及未來有什麼機會可以讓我們攜手並進。

我來自哈姆林中心，現在所做的主要工作就是要開發一種安全、有效、可及的技術。我們知道醫療機器人這種高科技產品吸引了很多的注意力，但是在今後的五到十年當中我們要做的是怎樣讓這樣一個技術使所有人從中獲益。有些人可能不僅僅是從技術的角度，而且要從醫生的角度來思考這個問題，就是怎樣推動外科手術技術的發展。在過去的幾百年當中開放式的手術是標準性的，今天我們在做外科手術的時候還是使用這種開放式手術。同時無創傷的外科手術，減少流血等等也有很多的好處，所以現在大家也在研究無創手術，七十年代的時候就有一些技術出來了，現在我們已經有一些無創手術技術了。進行無創或者低創技術也有一些挑戰，包括對工具控制的複雜度以及對不同工具之間的協調等等，這就需要我們的醫療機器人幫忙了，第一代的醫療機器人的設計用在了一些外科手術當中。

達芬奇平台在外面也有展覽，裡面有非常先進的機器人技術。回顧一下歷史，這也是 FDA 在 1993 年的時候批准的機器人手術系統，他們是用語音進行控制，一共有 7 個自由度的機器人。同樣的一家公司對這個技術進行了擴展，控制這個機器人的手臂進行手術。這是由 Jack Sccot 用這個系統在紐約進行的手術，當時的病人是在斯特拉斯堡。這是達芬奇平台，性能方面實現了三個主要的進展：首先是有著強大的視覺能力，能夠非常靈活地進行手術，並且也能夠移除一些器官，進行非常精準的操作，也使得它可接觸的範圍更為廣泛。很多人可能看過這個視頻，我們可以看到它的操作精準度有多高。醫學機器人在過去的二十五年當中是明顯取得了很大的進展，過去可能只是專業用途的機器人，現在已經擴展了它的應用範圍，包括達芬奇平台等等，所以無論哪個領域都取得了很大的進展。

新一代的系統一直在開發的過程當中，我們從來沒有停止開發的進程，但是這個技術現在最新的產品還沒有正式上市，新的產品當中可以用一些最新的技術，包括這種視覺語音的技術進行手術，完成一些實際的工作。手術機器人從二十五年前的一個非常小的應用領域到現在已經用於很多領域了，並且在未來幾年當中它的精準程度和醫療質量都會有所提升。

2020年，醫療機器人市場達180億美元

從商業的角度來說醫療機器人的前景也是非常大的，很多初創企業也進入到了這個領域，年均複合增長率達到了13 %，並且到2020年的時候市場規模將達到接近 180 億美元。當然，其實這還是一個比較保守的估計。關於其在床位和普通手術等各個領域都會有應用，未來我們也會看到更為專業的機器人平台，它會更加智能，並且能夠用於很多種類的外科手術當中。這是全球的情況，現在大約有 4000 個此類的機器人正在使用，所以可以看到未來的市場潛力還是非常大的。

醫療機器人面臨的問題、挑戰和機會

無論來自於美國、歐洲還是中國的初創企業，很多已經開始在做醫療機器人的工作了，包括來自於韓國、新加坡和日本等等初創企業也都在鑽研這個領域。現在醫療機器人已經進入了一個黃金時代，回顧一下過去的經驗教訓和目前在醫療領域的具體應用實例，未來我們是否要那種更大更複雜的系統？機器人未來是否會在手術室發揮主要的作用？還是要那些更小的機器人？未來在手術室當中仍然是外科醫生髮揮主要的作用，這是我們需要回答的問題，所以不僅僅是法律、道德和商業的問題，而從技術的角度來說這也是帶來了很多的挑戰。機器人的大小也會帶來一些限制，發展的路徑不一樣的話需要做的工作也不一樣。

我是《機器人科學》雜誌的主要編輯，這裡涉及到很多自動化的工作。我們把自動駕駛分成幾個級別：零級就是我們現在用的汽車，一級是可以在維護系統控制方面發揮一些作用，再往上劃分的話自動化程度會進一步攀升，五級的時候機器人甚至能夠做出自我決策和自我規劃，甚至可以取代部分外科醫生做的工作。所以從技術的角度來說，我們是否能夠實現這些東西，並且避免它的負面影響？一級自動化可能也就是做一些維護和簡單的控制工作，下一個級別當中機器人能夠控制一部分系統，然後自動地完成一部分任務，四級基本上就能夠完成大部分的工作了。了解了自動化的不同分類和級別之後就能夠將自己的系統做一個歸類了，並且這些事情也可以和很多的法律問題聯繫到一起。

未來醫療機器人的發展方向

首先要讓它有更好的視覺功能和感知功能，包括更好的反饋功能和更強大的智能。第一步就是准入和控制的問題，也就是如何在這個複雜的環境當中有著準確的回應。這對醫療機器人來說，比如骨科手術當中現在用手來控制其實是非常常規的一種做法，現在可以用機器人來嘗試著做一些事情。如何能夠將這些機器人做得比較穩定，而且又非常敏捷呢？這是非常重要的一個領域。這個系統當中機器人可以把一個東西維持在一個位置，但是非常穩定的，同時也是非常敏捷的，移動起來非常靈活，當它足夠穩定的時候就能夠給我們提供手術當中所需要的穩定性。Blue Belt 系統是一套手持的系統，也是另外一套發展方向。

大家可能會問，我們是否真的需要這樣的機器人臂幫助我們完成一些任務？還是未來我們只是需要這些比較小的、幫助我們完成一些比較複雜精細工作的小型機器人？比較大的宏觀工作可以用大的機器人來做，但有些時候我們也面臨著很多的限制，所以用這些小的機器人可以幫助我們做一些微創的手術。未來機器人會變得更為智能，這些年的研究發現它可以應用在很多領域，比如控制其它的電子系統用作力度控制，並且大家可以在這裡看到很多的問題其實都已經解決了，但是未來五到十年當中很多的事情將會用在實際的生活當中。

再就是提供一個更好的視覺功能，可以充分利用這種預設的圖片功能，包括實時的視覺功能，甚至可以結合過去的歷史圖像和視頻進行學習，手術當中用機器人幫助你看到一些看不到的地方，比如移動一些組織，或者避免一些由於人工誤操作造成的影響。這個工具必須非常精準、非常敏感，所以我們用上機器人技術加上增強現實，再加上視覺技術就可以使得這個手術流程變得更加安全。這些需要我們對機器人的感知能力和視覺能力進一步提升，更為重要的是，要想在日常的臨床工作當中使用的話，甚至可以讓它在 i-Pad 上面使用。

下一個級別就需要將一些圖像視覺等等技術結合到一起，這個級別的機器人甚至可以改變整個手術的流程，比如腫瘤的手術現在我們可以用機器人來做一些輔助，如何能夠保證在檢測腫瘤的時候不會出現偏差？畢竟對病人來說治療還是非常重要的。這裡左邊是活體檢測的結果，右邊是提供了更多的細節，所以隨著機器人技術的使用，甚至可以給我們提供一些實時的信息，這樣就會更加精準和準確，通過機器人的觀察，看到的不僅僅是一個靜態的狀態，甚至是一個實時動態的狀態，而且延時可能只有毫秒這個級別，這給我們帶來的機遇還是很大的。

它的真正好處是，你能夠觀察得更為仔細。這是一個有乳腺癌病人的圖片，這裡做了一些干預手術和微創手術，並且通過機器人的觀察能夠看到有些地方具體變形的情況。這些東西都對手術的過程有非常大的幫助，即使有些器官只發生了非常微小的變化，手術的過程當中也有很大的影響，所以如果有機器人設備的幫助，能夠保持手術過程當中的穩定性。但是還有一些其它圖像的模塊可以用於機器人當中，上面的這些都是我們比較熟悉的，臨床當中下面的這些技術也是逐漸地在開始使用。考慮到外科手術的實際環境，也包括一些實時的視覺，這些東西都能夠進行應用。因為我們對手術的要求是非常準確的，並且它們的解析度也越來越高，所以要想觀察得更為仔細的話是必須要使用機器人的。通過機器人的手臂，我們可以將手術做得更加精準，找到我們想要的細胞，這才是機器人真正附加的價值，不是讓機器人去做現在外科醫生能夠做的事情。

我們甚至還可以進一步深入到分子層面和原子層面，現在可以用機器人檢測癌症，甚至可以從原子的層面了解病症。再下一個級別我們就需要將機器人做得更加智能了，這樣就能夠了解到手術過程當中的信息進行學習，可以用這種感知的功能來保證機器人能夠更好地了解病人的狀況，這甚至需要病人和機器人進行互動。如何實現人機之間的互動，讓機器人更好地了解病人的病症，這也是我們需要不斷改善的事情。我們用一個機器人來控制一個顯微鏡，讓它取走這個表面上的東西。後面的技術用的是這種追蹤技術，這樣的話機器人就可以很好地了解你的想法，首先要讓機器人了解外科手術的目的，這也是人機之間的互動方式，我們還可以在醫療台上進行操作。

剛才給大家舉了三個例子，就是未來機器人可以走向何方，還有很多其它的領域進行探索，機器人未來應該變得更為安全、更為有效，並且使用的範圍更廣。我們也希望把機器人做得更為精簡、功能更多、使用起來更為容易、機器視覺更好，但是最終我們希望的結果就是手術的結果是最好的。讓它更小和更靈活是我們的目標，如何讓左邊的機器人變得右邊這麼小，以及我們怎麼把微纖維的技術融入進去？把特別大的系統變成一個可以跟微小的材料技術結合起來，比如納米技術等等，這些都是我們的發展方向。聖地亞哥加州大學的一篇文章裡面談到了怎樣做微型的機器人，怎麼把它整個的規模變小，甚至是使用一些細菌級別的機器人進行手術。

這裡有些可以在水裡使用的小型機器人，還有納米機器人可以用來治療一些常見的疾病，其它類型的小型機器人可以用於眼睛的手術，也有一些機器人可以用於聽覺的修復等等，這些都是在非常微型的級別進行手術的機器人。這些機器人會在傳統的外科手術當中推廣，很多做不到的事情可以通過這些機器人來做。由於過去六十多年醫療技術的發展，我相信下一步的里程碑將是醫療機器人，它會使得我們可以做很多以前做不了的事情。所有的這些領域都給我們提供了非常好的合作的機會，從微電子到微材料、實時反饋和人機協作，我們都有很多的合作機會。

醫療機器人的發展需要T型人才

會後，楊老師與科研圈小編交流，隨著醫療機器人的發展，這個行業需要大量的T型人才。T型人才是指有多種知識儲備：機械、電子、自動化、醫學、生物等等，並且在某個領域有深入的積累。對此，楊老師的建議：未來各大專院校，要致力於培養具有國際視野的、有前沿技術研究能力的學生，這種培養模式可進行新的探討。同時，對中學生也要進行適當引導。

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