機器人讓手術變得更簡單

●馬昊楠/本刊記者

自上世紀80 年代第一臺用于手術的外科機器人的出現以來，醫學機器人給傳統醫學帶的不僅是技術上的進步，更是醫學觀念上的重大變革，經過三十余年的發展，醫學機器人正逐漸成為現代醫學領域不可或缺的組成部分，那么醫學機器人與人們腦海中的傳統機器人相比有何不同？醫學機器人在未來又能否代替醫生？為此，本刊記者采訪了首都醫科大學宣武醫院神經外科趙國光團隊的樊曉彤醫師。

機器人是醫生手和腦的延伸

如果按照應用特點可以將醫學機器人分為手術、護理、康復、救援、轉運等5 類。其中，手術機器人近年來發展迅速，未來將對臨床實踐產生重大而深遠的影響。比如，可進行遠程醫療，實施復雜外科手術的“達芬奇”機器人便是一例，而在立體定向功能神經外科領域內，Rosa 機器人正嶄露頭角。

也許有人會問為什么大多數醫學機器人在外觀上看更像是機械手臂，反而與傳統印象中能跑會走的機器人大有不同，樊曉彤醫師表示：“醫學機器人的概念從本質上來講應該是醫生，尤其是外科醫生雙手和大腦的延伸，醫生可通過醫學機器人完成原本他們雙手做不到的事情，或是大腦中所想但卻不能實現的事情。”

樊曉彤醫師表示，首先人類只有兩只手臂，在某一局限的空間中兩只手往往會感覺不夠用，醫學機器人則不然，它不像人類有構造上的限制。其次，人類由于自身生理特點，就算經過特殊的訓練，手臂還是會顫抖，但機器人不會。換句話說，醫學機器人可以算是人類對自身手術技巧的完善。

“大部分人都對機器人有一種印象，即它能夠自己制定目標，然后制定規劃去完成目標，當然也只有這種具有自我意識的機器人才能被稱為機器人。但醫學機器人不是這樣，目標仍然是由人來制定的，不過它能幫助人們去實現目標，歸根結底它只是一個高科技的‘手術刀’，最根本的仍然是操控它的醫生。”

不過，無論醫學機器人發展到何種水平，機器人都是人類為了完善自己而制造的。樊曉彤醫師說道：“人類沒有必要制造一個東西模仿人類自己，醫學機器人不能為了模仿人類而模仿，換句話說，一臺手術永遠是人在控制機器，如果有一天醫學機器人有了自我意識，我認為是不可靠的，一旦機器人擁有自我意識，人們又怎樣去評價它是可靠的？”

Rosa 讓融合更簡單

Rosa 機器人可以說是一個自動化的平臺，可為與其生產商供應的器械引導子直徑一致的任何神經外科器械提供導向功能(例如活檢針)。它由一個小型機器臂和一個安裝于移動手推車上的觸摸式控制系統組成。根據手術需要，不同類型的器械可被安裝到機器臂末端或在末端進行更換。觸摸式的人機界面通過指示要做的動作以及提供各種不同指令確保Rosa 與醫生之間的信息交流。

神經外科所面對的很多病灶位于大腦深部，就算把患者的整個大腦拿給醫生看，目視下也看不到這個病灶，由于腦結構精密而脆弱，同時無法再生，在手術中不允許醫生對腦組織有額外的損傷，在功能神經外科及立體定向神經外科中，對腦組織的活檢、深部電極的植入等，都依靠立體定向技術來實現高度的精確，伴隨著立體定向技術的發展和無框架導航理念的完善，Rosa 機器人應運而生。“Rosa 機器人的主要作用是定向導航，在手術前將患者的頭部的影像資料輸入Rosa 機器人中，然后在Rosa 機器人上制定相應的手術計劃即設定相應的手術參數，如靶點位置、入路點、手術器械長度等信息，至此Rosa 機器人便會在手術過程中依照先前醫生制定的手術計劃為器械提供精確和嚴格的導引。換句話說運用Rosa 機器人輔助手術，就相當于人們去旅游一樣，我首先確定了我要去的地方，以及我要走的路，至于這條路怎么走，如何讓我不走偏，這是Rosa 機器人幫助完成的，它會告訴你什么時候向左走，什么時候轉彎。”樊曉彤醫師說道。

Rosa 機器人的最重要的功能之一便是多模態腦功能成像的實現，患者在手術前都需要做腦部核磁、PET、腦磁圖等檢查，然而腦部核磁只是一個結構性的影像、PET 是一個代謝性的指標、腦磁圖則是一個磁信號的指標，醫生則需要將這些影響融合到一起。在樊曉彤醫師眼中，腦部核磁、PET 等檢測指標更像是一張張的地圖。“它們有的表示降水，有些則是代表著林覆蓋面積，將這些地圖融合到一起，醫生就能直觀地知道某一地區有多少的降水，多少的森林。這些檢查信息都很重要，如果醫生只靠人眼分別地看，效率很低，也難以實現精確化，只有將它們結合到一起，醫生才能更好地把握手術的細節。”

Rosa 可以完成所有的注冊方式

在神經外科，傳統對腦部進行注冊的方式無外乎是在患者腦部安裝框架。“框架通過四顆釘子固定在患者的頭部，固定好的框架相當于含有X、Y、Z 三軸的坐標系，框架安裝完畢后，患者通過進行一系列腦部核磁、PET 等檢查，而醫生則通過檢查得到的影像，得到病人大腦和框架的關系，進而才能對病灶的入路進行計算。”

樊曉彤醫師進一步說道：“采用框架注冊的患者，檢查和手術往往都是在同一天進行的，試想一下，患者先進手術室安裝框架，再帶著框架做各種檢查，這個過程會花費大量的時間，對于患者而言則要承受疼痛和心理上的壓力，并且框架安裝相對麻煩，在醫學中‘麻煩’往往就意味著高風險。”

Rosa 機器人不僅可以有框架的注冊，更能完成無框架的注冊。Rosa 的無框架注冊又分成2 種，一種是表面注冊，即掃描患者面目結構，推算腦部空間位置。另一種則是在患者頭部貼上標記物，在做影像檢查時，這些標記物顯而易見，Rosa 機器人通過這些標記物的位置，從而對患者腦部空間進行推算。

框架由于是物理結構，因此會隨著壓力的增大，導致框架的輕微變形，因為框架如同坐標系一般，需要醫生用肉眼進行讀數，因此讀數的準確性會受到視覺的影響。“從目前來看，雖然框架結構會存在一定的誤差，但在準確性方面還是稍高于無框架的注冊，不過Rosa機器人無框架注冊的準確度已經相當接近框架注冊了，加上無框架注冊在效率和患者感受方面更加優秀，無框架注冊的優勢會越來越大。”樊曉彤醫師對無框架注冊充滿信心。

Rosa 機器人用于引導的機械手臂有六個關節，在實際工作中，誤差約為0.8mm。“我們很自然地會拿機械手臂和人手進行比較，但其實人手如果不借助工具，是毫無精確度可言的。比如手術需要30 度角進針，在沒有工具的情況下，我們是判斷不出我們的手究竟怎樣才算是30 度的。而機器人目前可達到0.8mm的誤差，這是不借助工具的人手所不可能實現的。”

醫療機器人畢竟屬于機器，在使用的過程中難免會出現故障，那么又是否會增加手術的風險？這長久以來也困擾著無數的學者。樊曉彤醫生表示，首先必須確認的是，如果在手術中，機器人出現了問題，那么手術方案一定要進行調整，甚至推遲。以Rosa 機器人為例，如果Rosa 出現了問題，醫生也不會沒有辦法，我們依然可以回到框架時代，這是對于硬件來說。而機器人的軟件設計經過長期的調校，已比較可靠，在軟件設計的冗余和系統備份的前提下，Rosa機器人的生產商和臨床單位密切配合，定期校驗系統精度和穩定性，為臨床診療保駕護航。