“天璣”引領骨科手術進入智能時代
提到手術機器人，大家最先想到的就是“達芬奇”，然而，強大的“達芬奇”機器人僅適用于表面軟組織手術，根本做不了復雜的骨科手術。
骨科手術，尤其是骨盆和脊柱的手術，由于根本不可能解剖出深部的結構，所以醫(yī)生只能開一個小口，在非常有限的視野下，僅憑自己大腦中對深部組織解剖的記憶和三維想象，配合著透視機來鉆孔打釘子。
不過，也正因為“達芬奇”在骨科手術上的短板，才誕生了我國自主研發(fā)、專門用于骨科手術的機器人——“天璣”。9月21日，在北京召開的首屆國際醫(yī)用機器人創(chuàng)新發(fā)展論壇上，積水潭醫(yī)院院長田偉向媒體介紹了這一全國醫(yī)工領域頂尖精英共同的結晶。
田偉表示，“天璣”引領骨科手術進入智能時代，引導醫(yī)生完成圖像配準、術前規(guī)劃、自動定位、術后驗證等置入操作，螺釘置入精度可達0.8毫米，屬于真正的“指哪打哪”。
據記者了解，“天璣”是由北京積水潭醫(yī)院、北京航空航天大學、北京天智航公司、中國科學院聯合研發(fā)，也是田偉團隊12年刻苦攻關的成果，擁有完全自主產權，是真正意義上的中國“智”造產品。
骨科醫(yī)生的“痛點”
人的能力的局限性，是臨床手術長期存在的瓶頸。“看不見、打不準、拿不穩(wěn)”是骨科手術的三大難題。“看不見”是指醫(yī)生無法看到內部結構；“打不準”是指鉆孔打釘時人手操作精度不夠；“拿不穩(wěn)”是人手的穩(wěn)定性很差。
田偉告訴《中國科學報》記者，骨科醫(yī)生最大的痛點就是“眼”和“手”，眼決定了手術的視野，由于手術在骨骼內開展，人眼視覺會存在一定的誤差，導致損傷風險極高，即便通過透視技術看到內部，得到的也是重疊影像，而且對人體的輻射損傷很大。不僅如此，骨科手術操作過程中，醫(yī)生手部動作控制力、穩(wěn)定性和重復性都不足，此外還有很多因素會影響醫(yī)生的穩(wěn)定發(fā)揮。
因此，骨科醫(yī)生們急需一雙特殊的“眼睛”，可以實時三維立體地看清人體內部結構，以及電鉆螺釘打入的三維過程；也急需一雙特殊的“手”，可以一點不抖極其穩(wěn)定，又能精確地按照“眼睛”分析出的操作路徑，完成鉆孔和擰入螺釘的過程。
正因為這些臨床需求，“天璣”應運而生。2016年11月16日，“天璣”骨科手術機器人正式獲得原國家食品藥品監(jiān)督管理總局頒發(fā)的醫(yī)療器械注冊證，并成功上市。田偉表示，目前，“天璣”已經發(fā)展到第三代，是目前國際上唯一能夠開展脊柱全節(jié)段（頸椎、胸椎、腰椎、骶椎）、骨盆以及四肢骨科手術的骨科機器人系統(tǒng)。
征服最復雜手術
它沒有龐大的軀干，卻有著一只可多維度靈活轉動的機械手臂。“精準的3D機械眼和穩(wěn)定有力的機械臂，這一國際首臺通用型骨科手術機器人，使得骨科手術精準化、微創(chuàng)化、智能化。”談及國產“天璣”，田偉頗感自豪。
在外科手術中，上頸椎被稱為手術的“禁區(qū)”，上頸椎畸形手術極為復雜。而“天璣”骨科機器人曾成功實施世界首例復雜上頸椎手術——寰樞椎經關節(jié)突螺釘內固定術。
“患者是位43歲的男性，嚴重寰樞椎先天畸形合并顱底凹陷。”田偉說，“這個病人手術危險性太高，醫(yī)生在表面肯定找不清楚大血管中間這個很細的通道，誰都不敢去打。”
鑒于患者病情罕見的復雜性，經院內專家討論，認為可以利用機器人高精度的長處輔助手術成功。田偉表示，由于骨科機器人嵌入了導航系統(tǒng)，可以隨時跟蹤患者的細微變動，精度大大提高，螺釘置入精度可達到亞毫米級，由此成功征服了上頸椎畸形這一脊柱外科領域最為復雜的手術。
田偉表示，在“天璣”的輔助下，可以將常規(guī)骨科手術標準化，如股骨頸螺釘內固定術，機器人手術空心釘平行度及分散度均優(yōu)于徒手操作，可達到教科書式的標準效果。
另外，機器人也使得骨科手術微創(chuàng)化，“相比傳統(tǒng)術式，利用骨科機器人輔助手術時間可減少50%，出血量減少95%，微創(chuàng)切口長度僅2厘米，大大減少了軟組織損傷，也顯著減少了患者術中、術后并發(fā)癥的發(fā)生率。”田偉說。
“安全”是第一前提
隨著機器人技術與人工智能的不斷融合，田偉表示，骨科機器人未來將不斷彌補人類能力的短板，超越人類的能力，甚至自主完成手術的。不過他同時強調，新發(fā)展階段下的骨科機器人將獲得更多“自主”的權限，但這一切必須以安全為前提。
清華大學副秘書長、北京清華工業(yè)開發(fā)研究院院長金勤獻在接受《中國科學報》記者采訪時也強調了安全的重要性。他認為人工智能雖然發(fā)展很快，但替代人類仍然非常遙遠，手術機器人是醫(yī)生助手的屬性短期內不會改變。
“機器是不會累的，思維也一直是清晰的，所以它會一直保持著精準度。另外，未來醫(yī)用機器人一定還會與深度學習、人工智能更深入地結合，但是替代醫(yī)生還面臨著技術、倫理、法律等方面的諸多問題。”金勤獻說。
對于國內手術機器人的技術研發(fā)水平，金勤獻坦言仍然與發(fā)達國家存在一定的差距，特別是在設備使用的材料方面，但是在人工智能領域的研究，我國已經走在國際前列。他表示，手術機器人是多學科交叉的領域，現在首先就要想辦法積聚各個領域的人才，增加創(chuàng)新的活力。
在工信部裝備司副巡視員王建宇看來，目前，醫(yī)用機器人尚處于起步和探索發(fā)展的階段，無論從機器人產業(yè)還是從醫(yī)療裝備產業(yè)角度來看，都屬于細分領域的藍海。但他也坦言，醫(yī)療機器人行業(yè)仍存在基礎研究較多、臨床應用及產業(yè)化偏少，供需機制有待完善、臨床應用推廣面臨瓶頸、產業(yè)化持續(xù)推動能力不足等問題。
王建宇為此呼吁國內醫(yī)療裝備企業(yè)應著眼未來，把握機遇，加強與國內外頂尖科技機構、一流高校院所、臨床醫(yī)院以及產業(yè)聯盟的聯系合作，共同構建醫(yī)用機器人產業(yè)創(chuàng)新生態(tài)，提升我國醫(yī)療裝備整體水平。
會議當天，北京市醫(yī)療機器人產業(yè)創(chuàng)新中心掛牌成立。北京市經信委副巡視員姜廣智介紹稱，該中心是面向醫(yī)療機器人產業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的重大需求，設立的一個高精尖產業(yè)創(chuàng)新體系的重要核心節(jié)點。他同時也希望該中心能夠承擔起營造共贏共生合作伙伴群的網絡功能，承擔起鏈接技術開發(fā)與產品工程化的平臺責任。
