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標題: AI 赋能醫疗,手術機器人“智商”可以有多高?它们正迎来更宽阔的... [打印本頁]

作者: admin 時間: 2022-9-12 16:16
標題: AI 赋能醫疗,手術機器人“智商”可以有多高?它们正迎来更宽阔的...
在本年的世界人工智能大會上，醫疗呆板人表示抢眼。上海研發的多臂腔镜手術呆板人斩获大會最高声誉 SAIL 奖，智能咽拭子收集呆板人、智能外骨骼呆板人、膝枢纽關頭手術呆板人、血管参與呆板人等装备的表态，使人们對将来更精准、高效、平安的智能化醫疗發生更多等待與联想。

作為 " 制造業皇冠顶真個明珠 "，醫疗呆板人的設計制造利用必要多學科交融成长的鞭策。從專業角度来看，今天咱们所見的醫疗呆板人的智能化程度，現实上另有至關大的晋升空間。但是，接管彻底可替换大夫的呆板人，咱们真的筹备好了吗？

醫疗呆板人是高端智能醫疗設备的代表。颠末近 40 年的成长，它们已成為愈来愈受大夫接待的手術助手。我國醫疗呆板人的科研與財產在履历 20 多年成长後，也显現出 " 各處着花、争相斗艳 " 的态势。在全世界後疫情時代，" 大康健 " 財產進入了快速成长期，醫疗設备財產成长既面對重大機會，又面對极大挑战，醫疗呆板人也迎来了更宽敞的成长跑道。

划期間序幕手術台呈現呆板人

依照醫疗呆板人利用的場景分歧，醫疗呆板人一般可分為病院主動化装备、手術呆板人、病愈與辅助呆板人三大类。此中，手術呆板人是醫疗呆板人范畴的焦點，其技能要乞降門坎都是最高的。

一般認為，初次将呆板人技能與手術場景相连系是在 1985 年。這一年，美國洛杉矶病院工業呆板人 PUMA 560 被利用于神經外科颅内活檢，实現了呆板人辅助定位下的精准采样。這一摸索性的斗胆测驗考试，拉開了呆板人作為智妙手術东西的划期間序幕。

1992 年，IBM 與美國加州大學互助研發的 ROBODOC 骨科呆板人出生。它可协助外科大夫举行髋枢纽關頭置换手術，同样成為首個得到 FDA（美國食物藥品羁系局）核准的手術呆板人。

上世纪 90 年月中期，泰西等發財國度迎来了手術呆板人范畴的產物冲破期。由美國斯坦福钻研所建立的 Computer Motion 公司開辟出的主動内窥镜优化定位體系（AESOP）实現了手術呆板人的贸易化。這款呆板人可由大夫經由過程声音指令節制呆板人手臂，把持内窥镜摄像機来辅助腹腔镜手術，從而防止了扶镜手心理委靡酿成的镜頭不不乱。

2000 年，在以上前期钻研根本上，美國直觉外科公司按照腹腔镜手術临床需求，對 AESOP 呆板人體系举行從新設計，研發出一款通用型的手術呆板人體系，即达芬奇呆板人，并得到 FDA 核准。

21 世纪以前，我國在手術呆板人方面的研發尚處于起步阶段。從時候轴上看，我國手術呆板人的成长较泰西等發財國度滞後十年摆布。可是，我國手術呆板人的钻研在醫工互助下成為後起之秀，也在不少關頭技能上显現出另辟門路的特點，并在近十多年間呈現了多类產物的冲破成长。

與此同時，海内大量的临床需求吸引了外洋手術呆板人公司纷繁将眼光投向中國市場。外洋產物在進入海内市場的同時，也會進一步與海内临床大夫的手術范式習气相交融，并在功效长進行调解。今朝，已有一些外洋手術呆板人公司與海内高校、钻研機構、病院和企業展開互助，结合創建研發中間，助推新一代手術呆板人的進级成长。

而今，虽然外洋手術呆板人在全世界市場仍然盘踞主导职位地方，但将来海内科研機谈判企業的成长潜力不容小觑。

微創而精准 " 大夫助手 " 日趋智能

手術呆板人履历了好几個成长阶段，即從最初的工業呆板人迁徙利用，到通用型手術呆板人，後又進一步演變為多种面向分歧術式的專用型手術呆板人。

依照手術工具，手術呆板人一般可分為硬组织呆板人、软组织呆板人等。也可經由過程更加直觀的分类法子，依照临床利用范畴划分為骨科呆板人、神經外科呆板人、腔镜呆板人、經天然腔道呆板人、血管参與呆板人等。今朝，進入临床利用的手術呆板人代表出產商重要集中在泰西，他们在中國的可及手術量均跨越 100 万例 / 年。

主從式是今朝手術呆板人施行手術的重要操作模式。主從式操作體系由一台主處置機記实、節制其他從處置機的状况，并分派使命给從處置機。达芬奇手術呆板人就是這类主從式操作模式。它重要由三個部門構成：外科大夫節制台、床旁機器臂體系、成像體系。

經由過程節制台，大夫可對床旁機器臂體系施行 " 一對一 " 映照性操作。因為大夫可以坐着完成手術，不容易委靡，時候长、高难度的繁杂手術會變得加倍轻松。這类 " 手眼同轴 " 的便當，使得外科大夫可以或许加倍天然顺畅地举行微創手術的邃密操作。

此外，达芬奇呆板人另有两個上風：一是成像體系可供给清楚放大的 3D 視線，有用手術視線范畴大，其視觉辅助功效可帮忙大夫更好地對病灶處展開手術；二是配套有多种具备七個自由度且可转腕的手術器械，带有動作缩放功效，讓大夫在狭小腔體内的操作加倍機動、精准，而且防止了大夫術中的手部颤動。

跟着呆板人技能與人工智能的成长，手術呆板人的智能化程度被付與了更多等待。業界學者曾类比主動驾驶技能分级，敌手術呆板人的自立化程度举行了 0 至 5 级的划分。

從 0 级没有任何自立化，到最高 5 级呆板人可彻底代替大夫，手術呆板人的成长另有漫漫长路。今朝，全世界利用最為遍及的达芬奇手術呆板人所代表的還只是 0 级，美國史赛克公司的 MAKO 交互式骨科呆板人则到达了自立化 1 级。

今朝，自立化 2 级手術呆板人正遭到愈来愈多科研职員的存眷。美國约翰斯 · 霍普金斯大學和美國國立兒童病院结合開辟了一种监視式的自立软组织手術呆板人，它可在大夫指出必要缝合的位置自立举行缝合，大夫也可在需要時举行干涉干與。

必要指出的是，彻底自立化的 5 级今朝属于 " 科幻级 " 的假頸椎貼布,想。因為當前手術呆板人的钻研都因此 " 大夫助手 " 為方针，故而與之相干的伦理、法令、平安性等将是一系列大问题。

" 小而美 " 出道倾覆传统形象認知

安身當下预测将来，手術呆板人的成长趋向是将術前、術中的影象相交融，以進一步提妙手術精准水平，同時连系实际加强可視化技能，經由過程 " 穿透視觉 " 的法子，讓大夫在外形、位置、触觉等多传感信息的反馈交融下，实現精准定位操控，更便利地完成手術。為了实現這一方针，诸如人工智能及時计较、交互力触觉和人體繁杂柔性情况辨認等一系列關頭技能另有待冲破。

在手術呆板人的本體立异上，各种分歧形态的手術呆板人层見叠出，渐渐显現出轻量化、小型化、專用化等特點，使人線人一新。

海内手術呆板人公司可在這方面出力冲破。手術呆板人的灵感泉源往来往自临床，临床大夫可以连系多年履历提出不少好設法。同時，轻量化、小型化設計的手術呆板人特别合适草創公司開辟、出產，此类產物的開辟更有益于鞭策醫工连系，以大夫為主體实現治療早洩推薦,功效转化。

在專用化的成长趋向之下，" 小而美 " 的手術呆板人可能會给大夫带来分歧以往的利用體驗。传统手術呆板人常常體积巨大，術前筹备、術後消毒收拾等复杂流程必定水平上限定了其高效利用。将来的手術呆板人将朝着 " 身段 " 小巧不占空間、易于處置、" 一次完成 " 的标的目的 " 進化 "，或将倾覆咱们敌手術呆板人的传统形象認知。

跟着智能程度的不竭晋升，手術呆板人在成长理念上也起頭愈来愈多地存眷人機交互问题。這类人機交互既包含物理层面，也包含信息和数据流方面的有用互通，" 协作 " 成為手術呆板人甚至全部呆板人利用标的目的上一個時兴的關頭词。固然，這也是一個技能难點。值得欢快的是，大夫、病患甚至平凡公家對醫疗呆板人的热忱，也表現了人类對呆板智能的相信水平正在不竭提高。

科幻级智能有待社會伦理筹备

跟着醫學技能的成长，临床上對疾病的診断愈来愈早，干涉干與也愈發精准，這對診疗手術器械提出了更高请求。

當前，咱们谈及的手術呆板人操作精度都是毫米级、亚毫米级，此後的呆板人显微手術操作精度會到达微米级。在這类环境下，微型器械的制造将成為一個很大的挑战。

微纳呆板人與醫疗连系是一個前沿的钻研标的目的。微纳呆板人是指呆板人的活動及檢测精度可到达微米和纳米级别。并且，這类呆板人是一個三维布局，必要從纳米标准展開制造。

開初，微纳呆板人只是一個较為科幻的觀點，間隔临床的真实需求還至關遥远，其設計重要用于藥物递送和细胞操作。科學家们經由過程化學能、磁能、光能、声能、热能等各类供能方法，讓這些人工制造的 " 呆板人 " 在微纳米标准活動起来。

▲ 2022WAIC 上展現的智能咽拭子收集呆板人。（拍照：袁婧）

在醫疗上，咱们等待微纳呆板人可以或许展開更初期的显微干涉干與，并集成传感和驱動，更好地完成微量或精准的疾病醫治。微纳呆板人等具有精准操作本事的手術呆板人将會對精准醫疗的成长發生庞大影响。

属于高端醫疗設备的醫疗呆板人，其成长必要聚集各方資本，展開遍及互助。比方，醫疗呆板人的钻研中包括不少科學问题有待科學家去解决，也必要產學研的协同去完成一些前沿技能的利用。固然，相干政策和資金投入也很是關頭，需有持久投資的理念和培養的目光。

無庸讳言，醫疗呆板人在走向產物落地的進程中會碰到各类繁杂问题，也存在不少不肯定的平安、伦理等危害。曩昔三十年，醫疗呆板人交融電子器械、影象等相干技能，不竭推動 AI 赋能醫疗。将来三十年，不竭進阶的智能化将是醫疗前進的首要推手。

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醫疗呆板人三大种类

◆ 病院主動化装备

重要针對病院情况中大量低效反复事情、無尘情况或试剂有毒有害等操作举動展開的主動化、無人化装备，今朝這部門智能装备正朝着定制化、精准操控的标的目的成长。

◆ 手術呆板人

作為醫疗呆板人的焦點，手術呆板人是集醫學、生物力學、機器學、计较機科學、微電子學等多學科前沿技能為一體的大型醫疗器械，它借助節制台、成像體系和機器臂，以微創手術的情势，协助大夫施行精准節制并完成繁杂的外科手術。依照临床利用范畴，可划分為骨科呆板人、神經外科呆板人、腔镜呆板人、血管参與呆板人等。

◆ 病愈及辅助呆板人

病愈呆板人是比年成长起来的高端病愈醫疗技能，被認為是特别情况下的 " 可穿着装备 "，具有助残行走、病愈醫治、减轻劳動强度等功效。今朝，病愈呆板人重要合用于脑卒中、脑部毁伤、脊柱毁伤、神經性毁伤、肌肉毁伤和骨科疾病等酿成的上肢或下肢活動功效停滞，帮忙患者對大脑活動神經举行重塑，规复大脑對肢體活動的節制，從而提高患者平常糊口能力。

手術呆板人智能化程度分级

◆ 自立化 0 级

手術呆板人没有任何自立化，大夫在操作手術呆板人的時辰必要履行所有手術使命，呆板人體系实現了對大夫操作号令的相應，并可遵守指令实現即時的长途操作。今朝，全世界利用最為遍及的达芬奇手術呆板人就是這一级别手術呆板人的代表。

◆ 自立化 1 级

在手術使命操作進程中，由大夫持续節制呆板人體系，同時呆板人可以或许供给一些呆板指导或辅助，如具备虚拟夹具（或自動束缚）的手術呆板人，St r yker 公司的 MAKO 交互式骨科呆板人就属于這一品级。

◆ 自立化 2 级

手術呆板人可到达使命主動化。大夫仍然操作手術呆板人展開手術，當大夫在展開術中某一环節的子使命時，可由呆板人自立完成该特定使命。與自立化 1 级的區分在于，在這一智能化程度级别，操作者是断续而不是延续節制體系。

◆ 自立化 3 级

手術呆板人可实現有前提下的自立化。呆板人體系可以按照手術方针天生使命计谋，無需人类醫務职員的過量干涉干與便可完成使命。但计谋简直定仍需由大夫决议是不是可行。

◆ 自立化 4 级

手術呆板人高度自立化，這种呆板人在術中雷同于住院醫師，在主治大夫的监視引导下举行外科手術。

◆ 自立化 5 级

呆板人彻底自立决议计划、施行手術、無需大夫监視。要实現這一品级，今朝其相干伦理、法令、平安性等问题還都有待解决。迄今為止手術呆板人研發回因此辅助大夫展開手術為目标，而非讓呆板人替换大夫举行手術。

圖片：除注明外，均来自視觉中國

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