機器人走進手術室

精度超過最好醫生

對于有些人來說，由一臺“沒有靈魂的機器”來完成手術，是一件十分可怕的事情。目前，在外科領域，很多醫院選用機器人作為輔助醫療設備的形式參與手術，而對整臺手術的掌控則完全由醫生負責。

手術過程中，機器人一方面可以減輕醫生的負擔，另一方面可以更好地完成手術。比如，機器人可以借助三維成像技術，使用一條小型機械臂，即可精準而且完全無抖動地用一枚探針，在一個可能只有幾毫米大小的腦瘤上完成取樣。機器人所能達到的精度，已經超過最好的外科醫生。醫生需要做的，只是設定機器人的工作流程，并且在整個手術過程中，醫生可以隨時叫停。

經過一段時間的使用后，機器人系統贏得了越來越多的認可。特別是在心臟外科手術中，機器人可以發揮出更大的潛能，因為借助圖像處理技術，手術器械和內窺鏡可以在心臟跳動的情況下，全自動地探入追蹤，查看內部情況。借助于這套輔助設備，醫生就可以像對著一顆沒有跳動的心臟一樣進行手術了。在跳動著的心臟上直接進行手術，在各大醫院里將會越來越常見。

腦外科和骨科專家們都堅信，在未來幾年時間里，他們已經不再需要親自用電鉆和鋸子來處理骨骼，特別是顱骨了。他們可以借助一種單臂機械手，用激光進行十分精準的超薄切割。由于傷口往往只有不到1毫米寬，手術之后的組織恢復會變得更加容易。

大顯身手的“達芬奇”

現在，微創手術已經非常成熟，這也逐漸成為外科機器人需要從事的主要項目之一。不久以前，外科醫生一直還在使用兩根細長的器械，一邊看著屏幕上的實時影像，一邊將這兩根器械通過一個細小的刺入口（套管針）引入病人體內。在這個過程中，醫生要讓器械的一端朝著他所期望的方向緩慢探入。由于器械和套管針產生的摩擦力，外加過長的操縱手柄，醫生很難真實感受到來自內部組織的機械阻力。

在這個問題上，美國航空航天局的科學家開發了名為“達芬奇”的機器人系統。該機器人系統在2000年獲得美國食品及藥品管理局的許可，如今全球已有2 000多臺投入到臨床應用中。使用“達芬奇”機器人系統時，外科醫生會看到一幅經過放大的高分辨率立體圖，實時顯示病人身體內部的情況，他的雙手則控制著兩根可以彎曲的器械，這兩根器械分別連接著獨立的機械臂。外科醫生雙手的抖動會被過濾掉，雙手的動作會轉化為機械臂的動作，由此可以大大提高手術的精度。還有第三條機械臂專門用來控制拍攝立體圖像的內窺鏡，自動實現圖像跟蹤。

泌尿科和婦科醫生都發現，“達芬奇”做手術精度很高，可以大大降低在小骨盆區域做手術的并發癥幾率，因為小骨盆區域不僅空間狹小，還有尿道和大量敏感的神經束通過。目前，在美國急性前列腺手術中，大約85%是用該機器人系統完成的。而在全球范圍內，“達芬奇”機器人系統每周完成約1萬例手術。

誰來超越“達芬奇”？

有了這樣一個成功的開始，人們就會有更多的想象：機器人系統是否可以承擔更重要的醫療任務，如組織縫合，以及在髖關節手術中，為病人銑出球型的凹洞，可以用來裝下人工股骨。不過在幾年前，德國醫生使用“達芬奇”系統進行的一次手術，曾引發很多爭議。由于系統的體積過于龐大，相較于傳統的手術方法而言，這個機器人會使手術區域周圍的肌肉組織也受到一定的損害。此外，系統只配備了很少的傳感器及導航裝置，所以它在銑髖臼時，有時會將側面的骨壁也銑穿。有報道稱，比起傳統的手術方式，機器人做手術引發并發癥的幾率降低了近一半，但在遭到大量的公眾批評和質疑后，很多醫院最終選擇放棄使用這種機器人。

盡管有各種各樣的抨擊，但作為手術助手的機器人依然得到越來越廣泛的使用。德國航空航天中心開發的系統被認為是唯一能替代“達芬奇”的機器人系統。相對后者而言，航空航天中心開發的系統更小，不僅可以固定在天花板上，還可以固定在手術臺上。該機械手臂具有相對較輕的結構，自身重量為14千克，可以在100瓦電力的驅動下運動。不僅可以防止自有的幾條機械臂之間發生碰撞，也可以防止機械臂和醫務人員發生碰撞。系統還在可以雙向彎曲的器械上整合了力量感應器，可以把感應到的阻力，通過手柄上的力反饋設備傳遞給外科醫生。

德國航空航天中心開發的機械手擁有4個手指，已經可以做出種類繁多的姿勢了。在傳統的機械手模塊里，一般會有超過13個驅動器，這使得整個機械手顯得相對龐大和笨重。相比而言，細長的雙手做起來更加容易。因為人的雙手就是一個活生生的例子，人是通過肌腱來驅動肌肉，從而使手開始運動。與之對應，我們可以將驅動裝置安裝在機械手的前臂里，通過鋼絲滑輪，把來自驅動器的驅動力傳遞給機械手指。基于這個理念，科學家開發了一種調節柔韌度的機械手臂復合系統，它在大小、動力學特征、抓握力方面，與人手達到了前所未有的相似度。它完全模仿人手，在每一個關節上都安裝了兩部可以互相作用的驅動器。通過整合其中的彈簧組件，這個機械臂還可以存儲一定的能量，例如它可以用看上去十分自然的方式拋出一個球。另外，該系統不但可以將醫生示范的動作復制下來，還可以把這些復制下來的動作嵌入其他手術流程中。

未來還需不斷進步

50年前，機器人剛剛出現時，它們一般是通過液壓傳動來產生力量的。到了今天，液壓傳動已經完全被電動機所取代。目前的驅動技術和感應技術在不久的將來還會更加完善。最重要的是，它們的重量將會減輕很多。不過，基于聚合材料或記憶合金的仿生肌肉至今沒有取得技術上的突破。其他需要優化的地方還包括提高機器人的認知能力和實際操作能力。

未來的機器人將通過大量的傳感器，用不同的方式感知周圍信息，進而理解這些信息，然后進行相應的處理。機器人首先要認識一些事物，比如它要先認識門把手是什么，然后還要知道它應該推壓門把手才能把門打開。當機器人學會了這些基本技能后，它就會做出正確的處理。周圍光線的微小變化，往往就足以擾亂機器人了。讓機器人去模仿人類的創造力和智慧，其實還有很遠的路要走。在機器人領域，接下來一定會是緩慢而不斷的進步。