人工智能-達芬奇機器人在醫學中的應用

衛寶華

（第三軍醫大學學員旅4隊 重慶 400030）

人工智能-達芬奇機器人在醫學中的應用

衛寶華

（第三軍醫大學學員旅4隊 重慶 400030）

通過對達芬奇機器人的結構及特點的介紹,展示最新的臨床應用實踐,對機器人技術在醫學領域的作用及前景作出判斷。

達芬奇機器人 微創 外科手術

21世紀是信息科技的時代,同時也是生命科學的時代。自從1956年Dartmouth學會上提出“人工智能”一詞后,眾多研究者紛紛投入其中,迅速發展了一系列重要的理論及科研成果。美國麻省理工學院的溫斯頓教授是這樣定義它的:“人工智能就是研究如何使計算機去做過去只有人才能做的智能工作。”在醫學領域,它的出現使得某些連資深專家都難以勝任的手術變得精準而簡單,這是計算機科技與生命科學碰撞出的火花,任何人都不曾想象機器人進入醫學領域后是如此神氣,它叫做達芬奇機器人。

1 達芬奇機器人的系統結構及特點

它身高1.8m,擁有“三頭四臂”,身價超過2000萬。所謂三頭四臂,是指它擁有3個操作平臺及4只機器手臂。具體來講,它主要由3個平臺組成:即手術醫師操作的主控臺,4只操作臂和手術器械組成的移動平臺,三維成像視頻影像平臺。3個看似獨立的平臺在為病人實施手術時雖然各有分工、各司其職,卻相輔相成、緊密關聯。在工作時,主控臺靠墻,是手術醫師的操作平臺,手術醫師通過視頻影像的觀察作出判斷,再操縱主控臺發出命令;移動平臺在病人身邊,伸出的4只操作臂會在病人的身體中實施手術,按醫生的指令行事;攝像平臺是一個高大的視頻車,它負責將手術視野放大、成像,在手術室內的多個屏幕上做“現場直播”[1]。

簡單地說,達芬奇機器人就是通過現代化的各種技術手段,包括計算機技術、視頻顯微技術、遠程通訊技術及現代醫學技術等,將看似復雜的手術在精準的操作下順利的完成。雖然它的4條機械手臂很龐大,卻可將患者體內綠豆大小的膽結石精確地取出。

達芬奇機器人作為先進科技的代表,具有許多明顯的優勢。

1.1 微創手術

達芬奇機器人的出現結束了開放性手術的時代,它的最小創口只需要1cm,目前所使用的第二代機器人系統已經配備了5mm的操作器械以利于小兒外科方面的手術。目前研制的新一代的機械臂將進一步減小,并且具有更高的靈活度和舒適度[2]。微創手術的出現給病人帶來了許多福音,患者術后疼痛減輕、恢復快、住院時間短,輸血概率降低。另外由于病人體內完全由器械操作,使得術后感染的風險幾乎降到零,這也受到很多患者的青睞。

1.2 安全穩定

理性的達芬奇機器人會根據操縱者的命令分毫不差的執行工作,相對于醫生的手來說,機器人借助計算機系統能將生理震顫減小到最低,使得在進行血管復雜、空間狹小的手術時,機器人的機械手會精準的到達操縱者所要去的地方,并且角度靈活,優勢明顯。

1.3 清晰精確

借助高清攝像頭和三維影像成像系統,在多個攝像機的視野中,操縱者可以更清新的看到手術部位的具體情況,以此做出明確的判斷,提高了手術的成功率和精細程度。

2 達芬奇機器人在臨床中的應用

從1985年名叫“美洲獅560”的機器人用于提高神經外科活檢的精確度開始,到2000年FDA首先批準達芬奇機器人用于臨床手術,短短的15年間機器人為我們的疾病治療帶來了新的途徑。達芬奇機器人在臨床的應用越來越廣泛,很多科室都陸續借助到機器人幫助,為廣大患者帶來了福音,下面就從幾個方面介紹近幾年來機器人技術在臨床中的應用與實踐。

2.1 達芬奇機器人在心臟外科中的應用

達芬奇機器人最初是為心臟外科而設計的,目的是盡可能減小手術對心臟的創傷和危險。目前國內的達芬奇機器人數量并不多,解放軍301醫院首先在我國開展了機器人手術的先河,為我國及國際醫學機器人的發展做出突出貢獻。2007年301醫院成功實施國內首例機器人不開胸心臟手術;2008年301醫院完成世界首例“全機器人微創不開胸下室間隔缺損修補手術”,國內首家微創機器人心臟外科中心在301醫院正式掛牌成立;2010年隨著香港威爾士親王醫院心臟外科團隊到301醫院學習機器人技術,我國首家“機器人心臟外科培訓中心”在301醫院成立,這也標志著我國的醫學機器人技術在亞洲已處于一流,在國際上也位于領先地位。

對于心臟病患者來說,傳統的手術需要斷開胸骨進行,機器人主刀微創心臟手術最大的好處,就在于避免了開胸帶來的痛苦以及感染,而且,患者沒有了常規手術切口瘢痕。術后疼痛輕微,在監護室的時間由原來的2～3d縮短到1d,患者第1天就可以下床活動,出血量、住院時間、術后恢復等指標明顯優于常規心臟開胸手術。機器人心臟醫生最擅長的是各種先天性心臟病、瓣膜病、房顫、冠心病、心包疾病、縱膈腫瘤等疾病的外科治療。至今為止,已有上百位心臟病人接受過高科技機器人的治療,幾乎所有人都順利恢復,沒有并發癥的發生。

2.2 達芬奇機器人在泌尿外科中的應用[3]

由于泌尿器官相對獨立,并且血管與神經眾多,情形與心臟較為相似。近幾年在泌尿外科醫生的努力鉆研下,以前列腺癌根治術為基礎的機器人輔助逐漸成熟,已經成為泌尿外科必不可少的手術方式。

在治療前列腺癌方面,借助達芬奇機器人操作靈巧穩定,視野真實清晰的特點,神經血管束的保留容易,同時在結扎前列腺體、吻合尿道等步驟上可輕松完成多方向縫合,使得機器人手術相對于傳統手術而言具有很多優勢。傳統手術一般是通過腹部做很大的切口,手術出血量大,風險高,愈合后的并發癥也較機器人手術明顯,有些還會影響病人的性生活。就目前而言,達芬奇機器人手術作為最佳手術方式已成為廣大泌尿外科醫師的共識。

在腎切除手術方面,達芬奇機器人具有很好的前景。腎部分切除術的關鍵是切除時對腎實質出血的控制及鏡下縫合,對術者的分離及縫合技術要求較高。借助達芬奇機器人,可以更精確穩定的實施手術。在切除的過程中,達芬奇機器人可以很快的更換適合的止血器械,使得出血量減少,縫合牢固,術后出血的情況明顯降低。

3 達芬奇機器人臨床實踐中存在的問題

3.1 無觸覺

在醫生借助機器人系統進行手術的時候,由于機械手不能完全代替人手,無法感知所用力度及器官的耐受度,不能及時的對機械手的位置及力度做出有效調整,使得病人會出現些許不適感。

3.2 安裝操作復雜

一般1個達芬奇機器人需要2名醫生來進行操作,1名主操作人,1名協助。雖然相對于傳統手術而言,由于機器人的理性較強,達到相同的熟練程度,操作機器人系統會更快一些,但機器人系統的安裝卻非常復雜,導致無法在國內大規模迅速發展此技術,有關機器人手術的進展也很緩慢。

4 醫學機器人技術的發展前景

未來的機器人技術無疑會給醫學帶來更大的好處,目前國際上對于醫學機器人的研究主要朝向2個方面發展。

4.1 膠囊機器人

目前我國研發的膠囊機器人技術已經位居世界前列,膠囊機器人是通過吞咽的方式將微型的可探測和治療的機器人送入胃腸道中,在胃腸道中主動探測病灶部位,將圖片傳出供醫生診斷,還可通過其將藥物送達病灶部位。這種小的膠囊式的機器人可以到達胃鏡、腸鏡、十二指腸鏡等所不能到達的盲區,并且減輕檢查者的痛苦,受到了很多人的期待。

4.2 微型手術機器人[4]

這類體內微型機器人主要由攝像頭和簡單的機械臂組成,經腔鏡入路進入腹腔,由體外裝置遙控運動,力求提高傳統腹腔鏡下的圖像反饋和協助完成一些手術操作。

5 結語

科學技術的進步為人類的發展帶來了越來越多的便利,在醫學領域,未來的機器人系統會將手術帶入一個微創的時代。隨著機器人手術系統、內窺鏡系統、體內微型機器人系統的相互借鑒和融合發展,醫學機器人技術一定會有質的突破,這也同時會促進其他領域的研究發展,為人類帶來新的福音。

[1]陶寶瑩.神奇的達芬奇機器人[J].首都醫藥,2009.

[2]金訊波,張棟,夏慶華.機器人輔助技術的未來及展望[J].山東醫藥,2009.

[3]蔣紹博,王慕文,王正.達芬奇機器人手術系統在泌尿外科手術中的應用[J].山東醫藥,2009.

[4]蔡秀軍,甄世慧.外科機器人的研究進展及臨床應用[J].腹部外科,2009.

R-05

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1674-0742(2010)08(c)-0189-02

2010-06-02