“精準外科”：借助人工智能、虛擬現實、機器人等技術的應用

文 李惠鈺

不開胸、不開腹，通過幾個孔道就可完成手術，在首屆中國國際進口博覽會上，達芬奇手術機器人成為“網紅”，全國21家三甲醫院就其達成總額超過6000萬美金的采購意向。

手術機器人在臨床領域的應用，將外科手術推向一個更加精準的新高度。“通過人工借助機器，幫助醫生在傳統手術觸達不到的一些精準的、細小狹窄的空間里做更精準的手術，達到了外科手術非常高水平的階段。”北京醫院副院長許鋒評價道。

早在2006年，中國工程院院士董家鴻首次在國際上提出“精準外科”的理念，現如今，借助人工智能、虛擬現實、機器人等技術的應用，精準外科駛入追求極致的快車道。

外科手術的“精”與“準”

精準外科必須要做到“精”和“準”，先進的科學技術就是外科醫生最得力的助手。

“精準外科就是要把所有的腫瘤、所有的壞組織切除干凈，但又要保留所有正常的組織。實際上這兩塊本身就有矛盾，但正是因為這一矛盾，奠定了我們在精準外科會不斷地追求極致。”上海長海醫院泌尿科副主任任善成從外科醫生的角度，對外科手術精準化作出闡述。

他認為精準外科離不開高科技的幫助，比如，在判斷某個組織是否為癌細胞時，過去醫生是根據自己的經驗用肉眼去看，現在多光子顯微鏡幾秒鐘就可以給出答案；針對前列腺癌，過去多采用冷凍、超聲能量、激光等辦法治療，現在采用具有組織選擇性的不可逆電穿孔的新方法，可以只殺死癌細胞，對周圍的正常細胞，包括神經細胞幾乎沒有任何損傷。

除了精準化，首都醫科大學附屬北京佑安醫院普通外科中心副主任醫師曾道炳告訴記者，微創化是當前外科發展不可逆轉的浪潮，更是21世紀外科的升華，因為它更符合患者的最高利益。微創手術與傳統手術比較，具有創傷小、恢復快等眾多優點，在技術上已逐步覆蓋到外科學各級學科。

而提起外科微創化就不得不提手術機器人的應用，“達芬奇”就是典型代表，它相當于賦予了外科醫生一雙360度自如運動的手和一雙高清放大鏡般的眼睛，使醫生能將微創技術更廣泛應用于復雜的外科手術中。

與傳統微創技術相比，機器人手術具有多項優勢。在精確性方面，手術視野可放大10倍以上，能為主刀醫生呈現患者體腔內三維立體高清影像，極細小的血管也能一目了然，同時手術器械還可以模擬人手腕的靈活操作，濾除不必要的顫動，超越了人手的精確度。

“外科近幾十年來追求的就是把手術做到微創，讓患者花非常少的代價把疾病治好，同時還要把手術做得更精準。在這一追求過程中，機器人大概是目前唯一有效的解決辦法。”在近日召開的世界健康科技創新論壇上，上海交通大學醫學院附屬瑞金醫院副院長沈柏說。

神經外科的醫生在神經導航輔助下經口咽入路成功切除罕見斜坡腫瘤

虛擬現實提高手術安全性

手術機器人的應用可以極大程度地減小創口，減輕病人的痛苦。然而，這種手術方法雖然給病人帶來福音，卻對醫生提出了更高的要求。

以目前流行的腹腔鏡微創外科手術為例，這種手術通過在病人的腹部開孔，將手術器械和攝像頭深入腹腔內，醫生從電腦屏幕上觀察腹腔狀況并操作手術器械，因為視野受限，醫生必須對臟腑內的器官組織十分熟悉，方能在小洞內操作避免失誤。

曾道炳以肝膽外科為例稱，腹腔鏡下膽道手術、肝切除、脾切除，甚至胰十二指腸切除術等均成為目前肝膽外科的主流術式。與傳統手術比較，腹腔鏡手術使得器械以及切割、分離、結扎、止血等基本操作發生根本改變，傳統手術中專家指導的作用也開始減弱。

“腹腔鏡手術中只有操作者自身才能感知二維顯示器上的三維感知能力和手眼運動協調能力，傳統的‘手把手’及時糾錯的教學方式在腹腔鏡手術中的作用減弱。”曾道炳表示，這也使得手術技能培訓方式發生改變，而虛擬現實技術應用于醫學培訓、手術訓練等方面，會起到不可替代的重要作用。

虛擬現實技術具有多感知性（指感知視、聽、觸、嗅味等多種信息的能力）、沉浸感（指操作者會暫時與外部環境脫離而融合到“虛擬世界”中去）、交互性（指操作者可以通過三維交互設備從內到外或從外到內與虛擬現實系統進行實時“對話”）、自主性（指虛擬現實系統中的個體可以按照各種模型和規則自主運動）。

曾道炳表示，隨著虛擬現實技術軟、硬件的不斷發展，目前國際上已出現了不少基于虛擬現實的手術訓練系統，如食管鏡手術模擬訓練系統、神經外科手術訓練模擬系統等。結果表明，模擬器不僅能提高新醫生的手術操作技能，而且對有經驗的醫生也有幫助，可使其把新的手術技術應用于臨床之前的反復模擬訓練，從而防止醫療差錯的發生。

世界領先的達芬奇手術機器人亮相進博會

近日，西安市第三醫院就掛牌成立了全國首家腫瘤虛擬現實技術精準診療基地，全面應用混合現實技術進行術前評估以及術中監測，極大地提高了手術安全性。

西安市第三醫院醫務部部長張達介紹說，醫生可以借助虛擬現實技術進行手術規劃及操作，當手術不確定時，可通過虛擬影像進行比對，避開重要組織與血管，大大降低手術風險，提高臨床醫學診斷、治療的技能和精度，使得高難度手術得以更快地普及。

人機協作是未來趨勢

外科手術非常復雜、困難，特別是腫瘤外科，并發癥發生率平均達到20%至30%。在沈柏看來，用微創的手段，達到和開腹手術同樣的根治效果，這是一個負責任的外科醫生必須考慮的。

那么，如何幫助外科醫生實現更精準的外科手術？在直觀醫療首席執行官古薩特看來，首先要開發一些智能技術，幫助外科醫生實現目標，不是替換這些醫生，而是實現人機協作。

“機器學習和大數據的時代已經到來，而機器人體系能搜集大量的數據，所以能更好地告訴我們外科手術過程的方方面面，使這些技術、手段能很好地被我們所用，更好地服務外科醫生。”古薩特說。

美國約翰斯·霍普金斯大學計算機集成手術系統和技術研究中心主任羅素·泰勒此前也在接受媒體采訪時表示，堅實的基礎知識以及大數據的使用都能幫助解決實際問題，但機器學習面臨的一大挑戰就是人機交互——人類和機器之間的溝通理解，并不如人類與自己的同類溝通那么順暢。因此，技術發展需要考慮，人類如何清楚明晰地告訴機器人類想做的事情，以及機器如何值得信賴地完成人類所想做的事情。

“工程師必須通過和真正需要醫療機器人的終端用戶（如醫生）一起工作，理解他們的問題，才能考慮如何解決問題。”羅素·泰勒認為，“未來我們更需要機器人對于所實施任務及對象（患者）的更精準的理解。”

另外，自動化也是未來手術機器人發展的必然趨勢。隨著人工智能技術的引入，機器人自動化程度不斷提高。“機器人會變得越來越聰明，越來越理解醫生想讓它干什么、它怎么更好地執行。”羅素·泰勒說。