近日,ChatGPT引发人们对人工智能的高度关注,各行各业都在探讨各自领域被ChatGPT取代的可能性,医疗领域也不例外,人们重新燃起了对医疗AI的兴趣。
实际上,医疗机器人已经非常常见。据互联网数据资讯网(IFR)的分类,医疗机器人可分为手术机器人、康复机器人、辅助机器人和服务机器人四类。深圳中商产业研究院发布的《2022年中国医疗机器人行业市场前景及投资研究报告》显示,2021年中国医疗机器人相关企业注册量达20595家,同比增长40%。
近日,澎湃科技记者在海军军医大学第二附属医院(上海长征医院)(以下简称“长征医院”)观摩了一场达芬奇(Da Vinci)机器人手术,手术的主刀医生是长征医院泌尿外科主任任善成教授,他是亚洲第一例单孔机器人前列腺癌根治术的完成者。
达芬奇手术机器人被誉为“世界上最成功的手术机器人”,由美国微创手术仪器和技术先驱直觉外科公司(Intuitive Surgical,ISRG.US)研发和生产。目前,达芬奇手术机器人广泛适用于普外科、泌尿科、心血管外科、胸外科、妇科、五官科、小儿外科等。
任善成告诉澎湃科技,目前,达芬奇手术机器人在手术中仍担任辅助角色,是人在操作机械臂进行手术,而非机器自动进行手术。目前,远程机器人手术已经实现了,预计3-5年内将会趋向成熟。“全自动手术当然是未来的一个方向,但我认为实现这个目标的道路还很漫长。一个重要的原因在于,每个病人都不一样。未来比较可能的场景是,机器人自动做手术,医生在旁边监督,一旦发生问题,医生就让它停止,进行人工操作。”
机器人和人“合作”的手术
2月15日下午,长征医院,泌尿外科主任任善成正在和达芬奇手术机器人“合作”进行一场根治性前列腺切除手术。这是他今天的第三位病人,一位66岁的前列腺癌患者。
医生们正在进行术前准备工作前列腺位于盆腔的最深处,膀胱与尿道之间,手术暴露(指创造一个可以让手术器械顺利进入和清晰地显露手术视野的空间)十分困难,且切除前列腺后还需要对膀胱和尿道进行吻合,因而难度很大。传统的腹腔镜长柄不可弯曲,而达芬奇手术机器人的机械臂可以360度旋转,使得手术的操作可以更加灵活和精确。任善成从2012年开始使用达芬奇手术机器人进行手术,11年里,他已经和达芬奇手术机器人“合作”完成了2000多台手术。
实际上,达芬奇手术机器人是一种高级腹腔镜系统,由外科医生控制台、床旁机械臂系统和成像系统三部分组成。手术中,任善成坐在手术无菌区之外的控制台,距离病人大约2米,身体前倾,探头看向控制台三维高清内窥镜,他的视野里,是病人腹内病灶位置的立体图像,放大了15倍,任善成向澎湃科技记者形容,这种感觉“就像钻到了病人的肚子里一样。”
任善成并不直接和病人接触,代替他的双手进行手术操作的是机械臂。他用双手通过两个主控制器遥控机械臂,左脚踩脚踏板,控制三维高清内窥镜的摄像头,右脚踩脚踏板,控制手术钳。
手术中有两位助手医生,其中一位主要负责在切除前列腺时辅助调整视野,用吸引器吸走血液和尿液,让主刀医生的视野更清晰,另一位则主要负责辅助缝合膀胱和尿道。“Hem-o-lock。”任善成通过麦克风发出指令,助手随即就用Hem-o-lock夹完成了血管闭合。
助手医生和器械护士在配合更换器械。由塑料膜包裹的部分是机械臂,助手医生通过前方屏幕进行观察。
长征医院泌尿外科医生丁琦告诉澎湃科技记者,任善成和助手医生之间的配合看上去很轻松,但实际上,这是他们磨合了几千台手术后才达成的默契。“(任善成)主任下一个指令,他(助手医生)就知道应该在哪个位置操作,不需要主任告诉他在几点钟方向、怎么做,否则这场手术可能要3个小时以上。”
大约40分钟,病人的前列腺被完整切除下来。下一步是缝合膀胱和尿道,月牙状的缝合针很流畅地穿过病人组织,但由于这位病人组织比较薄,缝合出现了一些困难,任善成尝试了两次,都没有成功。他很快找到了原因,让助手换了一根更细、更软的线,完成了缝合,整个过程大约花了十分钟时间。“以后像这种病人,都要用这种缝合线。”任善成向助手交代。
“缝合是它的优势,”手术后,任善成告诉澎湃科技记者, “达芬奇手术机器人的‘手’特别灵活,尤其是在抓针缝合的时候,可以轻松地变换角度,就像把人的手缩小了一样,而且它的‘手’很稳,每针之间的距离很均匀。”
迄今为止最成功的手术机器人
世界上第一台达芬奇手术机器人诞生于1996年。2000年,达芬奇手术机器人正式成为第一个受美国食品药品监督管理局(FDA)批准用于临床手术的机器人辅助腹腔镜手术系统。20多年来,达芬奇手术机器人已经经历了四次迭代,在灵活度、精准度、成像清晰度等方面都大大提高。2014年下半年,研究者还开发了远程观察和指导系统,2018年,单臂达芬奇手术机器人问世。
据任善成介绍,长征医院有两台达芬奇手术机器人,他这次使用的是第三代,另一台是第四代。“机器人辅助手术已经不是新鲜事了,”任善成说,“上海有10-15家医院都有机器人。”
研发和生产达芬奇手术机器人的美国直觉外科公司成立于1995年,在腹腔镜手术机器人领域处于市场垄断地位。自2000年上市以来,直觉外科公司的营业收入从2000年的0.27亿美元增长至2021年的57.1亿美元,其股价也从最初的6.02美元一度上涨至369.69美元(2021年11月,2023年2月25日股价为231.05美元)。直觉外科公司最新财报显示,截至2022年12月31日,达芬奇系统的全球总装机量已达7544台,2022年达芬奇手术机器人全球手术量约187.5万次,同比增长约18%。
2017年,上海复星医药(集团)股份有限公司(复星医药,600196.SH,02196.HK)与直觉外科公司合资建立了直观复星医疗器械技术(上海)有限公司(以下简称“直观复星”,达芬奇手术机器人被引入中国。据直观复星统计,截至2022年8月,达芬奇手术机器人在中国的总装机量接近300台,总手术量超过32万台。
达芬奇手术机器人的成功,使全球涌现出一批挑战者,但这条路并不好走,“下一个达芬奇”仍未出现。例如成立于2008年,曾号称“达芬奇终结者”的加拿大明星手术机器人公司泰坦医疗(Titan Medical),瞄准了单孔腔镜手术机器人赛道,计划覆盖欧洲和美国手术机器人市场。
然而,直觉外科公司也在这一领域进行了布局,2018年5月,FDA正式批准达芬奇单孔SP手术机器人适用的第一类手术——泌尿外科手术,抢占了先机。泰坦医疗公司却未能成功将其产品推进上市,股价大幅下跌,三度面临退市危机。2022年11月,泰坦医疗宣布出售公司,但出售也不顺利。
全球企业增长咨询公司弗若斯特沙利文(Frost & Sullivan)的一份研究报告预计,未来,单孔内窥镜手术机器人可能称为新一轮的发展趋势,并可能打破达芬奇手术机器人的市场垄断。国内单孔机器人研发进度较为领先的企业包括深圳市精锋医疗科技股份有限公司、北京术锐技术有限公司等,其产品均处于临床阶段。
“神话制造机”达芬奇手术机器人,究竟有何优势?任善成向澎湃科技分析,对于病人而言,达芬奇手术机器人的手术创伤较小,还可以减小根治性前列腺切除手术的副作用,“切除前列腺后,会产生严重的并发症。在以往的腹腔镜手术后,有一半以上的病人会出现尿失禁,丧失性功能等,我现在可以做到让几乎百分之百的人都不产生尿失禁,性功能也保护得非常好。”
作为支付方,价格也是病人关心的因素。引入至今,达芬奇手术机器人的手术已经大幅降低。“达芬奇手术机器人手术已经纳入了上海市医保,可以报销80%,最后病人只需自费6000元左右,所以病人的接受度非常好。”任善成说。
对医生来说,达芬奇手术机器人手术操作更加便捷,医生耗费的精力更少。“2018年,我用达芬奇手术机器人做手术,从上午9点做到晚上21点,一天可做7台手术,不会觉得累。但如果做普通的腹腔镜手术,一天最多做3台,而且会觉得非常累。”任善成表示,从另一个角度来看,这对于延长医生的职业年龄也大有裨益。
手术室里,人与机器的关系将如何发展?
在任善成的手术室里,气氛看上去十分轻松,但这并非一日之功。“有好的武器,也要有好的士兵去用。操作机器人时,医生的感觉也很重要,医生要有在病人腹内做手术的思路,所以医生的培训很重要。”
任善成表示,医生没有触觉反射是机器人手术中的难点。当手术钳伸入病人腹部时,医生不知道它触摸的组织是软是硬,也不知道抓到的组织究竟有多大的范围,很难掌握操作的力度,这有可能导致医疗事故。
积累足够经验后,医生往往可以靠视觉反射来弥补触觉反射的缺失,即通过观察组织的颜色、形态、质地、角度等的变化来判断自己到底用了多少力气。“这是一个医生适应新的‘武器’的过程。原来做手术,医生习惯手中有器械,心里有底,但机器人手术是无接触式的,手上抓的东西和实际在病人腹内进行操作的东西不是同一个,需要一段时间去适应。”
任善成在控制台进行操作在机器人手术中,安全性始终是人们最关心的问题。“我们总是会担心机器失控,因为人一般不会失控,不会刻意制造医疗事故。不过目前来看,这种担忧并不会变成现实。”任善成说,目前,达芬奇手术机器人在手术过程中还只是辅助的角色,是人在操作机械臂进行手术,而非机器自动进行手术。“机器有一定的故障率,但很低,目前还没有出现因机器故障而危及病人生命的例子。机器会发生的故障一般是卡住,我们可以人工调整,不会发生不受人为控制的故障。”
人工智能在手术场景中的应用将通往何方?任善成表示,远程机器人手术已经实现了。远程机器人手术和近距离机器人手术的原理是一样的,唯一的差别是信号的传导。任善成手术室所采用的信号传导方式是电线传导,而远程手术则需用卫星信号传导,主要考虑信号延迟的问题。而5G时代,信号传导的问题已经解决了。“我预计,3-5年内,远程机器人手术会趋向成熟。”
“全自动手术当然是未来的一个方向,但我认为实现这个目标的道路还很漫长。”任善成分析,“一个重要的原因在于,每个病人都不一样。人工智能最大的优势在于学习,找到规律性,但全世界没有一个人(的生理结构)和别人完全相同,这就导致人工智能不可能完全学到某种规律。比如它掌握了1000个人的信息,可第1001个人可能恰好就跟前1000个人都不一样。”
任善成告诉澎湃科技记者,未来机器人可能可以自动完成一些简单手术,但要完成一些复杂的手术,可能还需要很长一段时间。“比较可能的场景是,机器人自动做手术,医生在旁边监督,一旦发生问题,医生就让它停止,进行人工操作。”
(来源：新视线)
