田伟院士:我眼中的医疗机器人

“‘机器人’起源于人类浪漫主义思维的放飞。”中国工程院院士、中国生物医学工程学会医用机器人工程与临床应用分会主任委员田伟说。

田伟把“浪漫”落到了实处,从2002年开始,田伟就带领团队开始了智能技术在骨科领域探索,经过经历15年的医工企联合攻关,第三代骨科手术机器人天玑诞生。

田伟院士说,“我认为机器人应该是能够模拟和超越人的某些能力,同时具备自主运动的设备。”

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田伟院士接受人民日报健康客户端专访。靳佳丽/摄

放弃替代,机器人应该是医生的助手

在医学机器人方面,还有一个有意思的“矛盾”,工程师希望机器人能够替代医生,而事实上机器人只能成为医生的助手。在这样的矛盾中,机器人不断更新换代,从一个浪漫的设想,一步步被创造成了能够真正应用到临床的产品。

从1985年至今,医疗机器人经历了四个重要的阶段。第一个是PUMA 200机器人,团队希望利用这款工业机器人对可疑的脑部病变进行活检手术。但是这个尝试并没有成功,一是因为过程太过繁琐,还有一个致命的问题——定位不够精准。1991年,有了骨科机器人RoboDoc,当时的设想是希望通过这款机器人将骨科手术操作标准化。RoboDoc实现了髋关节置换手术的标准化,但是由于它体积笨重,且无法适应人的个体化特点,曾一度被FDA撤销资格。然后就是很有名的软组织外科手术机器人——宙斯,它是很重要的里程碑,它彻底放弃了放弃替代医生和主动操作的思路,变成模拟医生动作的微创手术机器人。之后,有了更加成功的达芬奇手术机器人,它实现了手术床和机器人的完全分离,节省了空间,方便用于各种软组织手术。

多项之最,“天玑机器人闻名世界

医疗机器人一定是要解决医疗中的痛点,以骨科手术机器人为例,需要解决视野差、规划难、不稳定等骨科手术中的三大痛点。历时十五年研发的“天玑”骨科导航机器人正是抓住了这几个重点,为医生提供三维空间视野并完成手术设计,通过导航跟患者建立一体化的关系,精准到达患者的准确部位进行固定。

2015年,田伟团队运用“天玑”骨科手术机器人为一位寰枕畸形伴颅底凹陷症的43岁患者成功实施了世界首例“寰枢椎经关节突螺钉内固定手术”,让我国自主研发的骨科手机器人吸引了世界目光。

上颈椎畸形是脊柱外科领域最为复杂的手术,因手术难度过大、风险高,通常只能放弃手术治疗。“这个患者的情况比较复杂,手术部位上下都有重要的血管,只有一次固定螺钉的机会”,田伟院士说,“我们操作机器人严格按照手术规划进行,术后CT结果显示,螺钉穿过了两个血管间狭窄的通道,成功固定。”

这个手术第一次证明了在骨科手术执行方面,机器人可以超越人的能力。“我们的机器人的精准度已经可以达到亚毫米级,这是目前世界上准确度最高的。”田伟院士补充道。

全面通用,可对23个部位进行手术

“我们设计的骨科手术机器人和国外的有一个很大的区别。基本上,国外设计的机器人基本都只能在一个部位做手术,而我们的机器人已经可以在23个部位进行手术,它是一个具有广泛模块化的多部位应用机器人”,田伟院士说,“这对临床医生来说,实用性非常强。”

这听起来,有点像是专科医生和全科医生的差别。那么,“天玑”骨科手术机器人具体可以做哪些手术呢?

在创伤骨科,它对于复杂部分的骨折,比如盆骨骨折、髋部骨折等,在过去这种形状复杂的骨上面进行固定,操作是很难的。机器人让手术更加微创,精准度也很高,患者恢复得也快。

在手外科、足踝外科和小儿骨科,小骨头的精准定位在过去比较困难,特别是小孩的很多软骨是难以看到的,现在有了三维空间定位和手术设计,可以精准地进行判断。

在肿瘤骨科,过去有一个很重要的难题就是如何精准找到骨肿瘤的边界,医生只能大概猜测,切下来一块组织去做病理,如果还有肿瘤,就得扩大切除范围。有了机器人导航技术,就可以很准确判断切除的安全边界,一次性进行边缘切除。

在运动医学科,韧带重建手术中支点的寻找十分重要,在过去靠平面图像很难掌握,现在有了三维空间视野,加上导航技术,能够精准找到支点,提高手术准确性。

还有关节外科,依靠机器人辅助手术,可以让关节置换标准化。

实现医疗均质化,“天玑”在全国的手术量已超2万例

那这么厉害的骨科手术机器人,是不是只有大医院的大专家才能操作?

“有一个很有意思的现象,对骨科机器人购买很积极的,中级医院反而更多。”田伟院士说,“在过去,一些对于大医院来说是比较平常的手术,中级医院可能会比较比较困难,大医院觉得复杂的手术,他们可能就不敢做了会建议患者转院。而手术机器人可以大幅度地辅助他们开展新的手术。”

目前,“天玑”骨科手术机器人在全国的累计手术量已经达到了2万例。

现在,结合5G技术,三甲医院的专家在自己的诊室就能远程帮助基层医院完成复杂手术。去年,田伟团队在北京积水潭医院机器人远程手术中心,通过远程系统控制平台与嘉兴市第二医院和烟台市烟台山医院同时连接,成功完成了全球首例骨科手术机器人多中心5G远程手术。田伟院士说,“这是全球范围内首次开展多中心的远程实时骨科机器人手术,将骨科手术及AI人工智能和5G技术相结合,同时开展‘一对多实时手术’模式。”

田伟院士说,“比如目前手术规划还是需要医生来做,基层医院经验不足。5G+手术机器人的方式给了他们很大的帮助。这背后,一方面能够解决基层老百姓的治病问;同时也给了基层医生更多实际参加手术学习的机会,在解决医疗均质化方面也提供了一个很好的帮助。”

“医疗机器人的未来,在于基于临床需求的思想自由放飞的原创。有很重要的两点,一个是一定要以患者的利益为中心;另一个是不要去替代医生,而是要给医生提供一个崭新的帮助。”田伟院士说,“未来,医疗机器人在骨科康复、个体化的关节置换等方面大有可为。”