“精準(zhǔn)外科”：借助人工智能、虛擬現(xiàn)實(shí)、機(jī)器人等技術(shù)的應(yīng)用

文 李惠鈺

不開胸、不開腹，通過(guò)幾個(gè)孔道就可完成手術(shù)，在首屆中國(guó)國(guó)際進(jìn)口博覽會(huì)上，達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人成為“網(wǎng)紅”，全國(guó)21家三甲醫(yī)院就其達(dá)成總額超過(guò)6000萬(wàn)美金的采購(gòu)意向。

手術(shù)機(jī)器人在臨床領(lǐng)域的應(yīng)用，將外科手術(shù)推向一個(gè)更加精準(zhǔn)的新高度。“通過(guò)人工借助機(jī)器，幫助醫(yī)生在傳統(tǒng)手術(shù)觸達(dá)不到的一些精準(zhǔn)的、細(xì)小狹窄的空間里做更精準(zhǔn)的手術(shù)，達(dá)到了外科手術(shù)非常高水平的階段?！北本┽t(yī)院副院長(zhǎng)許鋒評(píng)價(jià)道。

早在2006年，中國(guó)工程院院士董家鴻首次在國(guó)際上提出“精準(zhǔn)外科”的理念，現(xiàn)如今，借助人工智能、虛擬現(xiàn)實(shí)、機(jī)器人等技術(shù)的應(yīng)用，精準(zhǔn)外科駛?cè)胱非髽O致的快車道。

外科手術(shù)的“精”與“準(zhǔn)”

精準(zhǔn)外科必須要做到“精”和“準(zhǔn)”，先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)就是外科醫(yī)生最得力的助手。

“精準(zhǔn)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(shí)際上這兩塊本身就有矛盾，但正是因?yàn)檫@一矛盾，奠定了我們?cè)诰珳?zhǔn)外科會(huì)不斷地追求極致。”上海長(zhǎng)海醫(yī)院泌尿科副主任任善成從外科醫(yī)生的角度，對(duì)外科手術(shù)精準(zhǔn)化作出闡述。

他認(rèn)為精準(zhǔn)外科離不開高科技的幫助，比如，在判斷某個(gè)組織是否為癌細(xì)胞時(shí)，過(guò)去醫(yī)生是根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)用肉眼去看，現(xiàn)在多光子顯微鏡幾秒鐘就可以給出答案；針對(duì)前列腺癌，過(guò)去多采用冷凍、超聲能量、激光等辦法治療，現(xiàn)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(xì)胞，對(duì)周圍的正常細(xì)胞，包括神經(jīng)細(xì)胞幾乎沒(méi)有任何損傷。

除了精準(zhǔn)化，首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京佑安醫(yī)院普通外科中心副主任醫(yī)師曾道炳告訴記者，微創(chuàng)化是當(dāng)前外科發(fā)展不可逆轉(zhuǎn)的浪潮，更是21世紀(jì)外科的升華，因?yàn)樗匣颊叩淖罡呃?。微?chuàng)手術(shù)與傳統(tǒng)手術(shù)比較，具有創(chuàng)傷小、恢復(fù)快等眾多優(yōu)點(diǎn)，在技術(shù)上已逐步覆蓋到外科學(xué)各級(jí)學(xué)科。

而提起外科微創(chuàng)化就不得不提手術(shù)機(jī)器人的應(yīng)用，“達(dá)芬奇”就是典型代表，它相當(dāng)于賦予了外科醫(yī)生一雙360度自如運(yùn)動(dòng)的手和一雙高清放大鏡般的眼睛，使醫(yī)生能將微創(chuàng)技術(shù)更廣泛應(yīng)用于復(fù)雜的外科手術(shù)中。

與傳統(tǒng)微創(chuàng)技術(shù)相比，機(jī)器人手術(shù)具有多項(xiàng)優(yōu)勢(shì)。在精確性方面，手術(shù)視野可放大10倍以上，能為主刀醫(yī)生呈現(xiàn)患者體腔內(nèi)三維立體高清影像，極細(xì)小的血管也能一目了然，同時(shí)手術(shù)器械還可以模擬人手腕的靈活操作，濾除不必要的顫動(dòng)，超越了人手的精確度。

“外科近幾十年來(lái)追求的就是把手術(shù)做到微創(chuàng)，讓患者花非常少的代價(jià)把疾病治好，同時(shí)還要把手術(shù)做得更精準(zhǔn)。在這一追求過(guò)程中，機(jī)器人大概是目前唯一有效的解決辦法?！痹诮照匍_的世界健康科技創(chuàng)新論壇上，上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬瑞金醫(yī)院副院長(zhǎng)沈柏說(shuō)。

神經(jīng)外科的醫(yī)生在神經(jīng)導(dǎo)航輔助下經(jīng)口咽入路成功切除罕見斜坡腫瘤

虛擬現(xiàn)實(shí)提高手術(shù)安全性

手術(shù)機(jī)器人的應(yīng)用可以極大程度地減小創(chuàng)口，減輕病人的痛苦。然而，這種手術(shù)方法雖然給病人帶來(lái)福音，卻對(duì)醫(yī)生提出了更高的要求。

以目前流行的腹腔鏡微創(chuàng)外科手術(shù)為例，這種手術(shù)通過(guò)在病人的腹部開孔，將手術(shù)器械和攝像頭深入腹腔內(nèi)，醫(yī)生從電腦屏幕上觀察腹腔狀況并操作手術(shù)器械，因?yàn)橐曇笆芟蓿t(yī)生必須對(duì)臟腑內(nèi)的器官組織十分熟悉，方能在小洞內(nèi)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(shù)、肝切除、脾切除，甚至胰十二指腸切除術(shù)等均成為目前肝膽外科的主流術(shù)式。與傳統(tǒng)手術(shù)比較，腹腔鏡手術(shù)使得器械以及切割、分離、結(jié)扎、止血等基本操作發(fā)生根本改變，傳統(tǒng)手術(shù)中專家指導(dǎo)的作用也開始減弱。

“腹腔鏡手術(shù)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(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)能力，傳統(tǒng)的‘手把手’及時(shí)糾錯(cuò)的教學(xué)方式在腹腔鏡手術(shù)中的作用減弱?！痹辣硎荆@也使得手術(shù)技能培訓(xùn)方式發(fā)生改變，而虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)學(xué)培訓(xùn)、手術(shù)訓(xùn)練等方面，會(huì)起到不可替代的重要作用。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)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(huì)暫時(shí)與外部環(huán)境脫離而融合到“虛擬世界”中去）、交互性（指操作者可以通過(guò)三維交互設(shè)備從內(nèi)到外或從外到內(nèi)與虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)“對(duì)話”）、自主性（指虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中的個(gè)體可以按照各種模型和規(guī)則自主運(yùn)動(dòng)）。

曾道炳表示，隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)軟、硬件的不斷發(fā)展，目前國(guó)際上已出現(xiàn)了不少基于虛擬現(xiàn)實(shí)的手術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)，如食管鏡手術(shù)模擬訓(xùn)練系統(tǒng)、神經(jīng)外科手術(shù)訓(xùn)練模擬系統(tǒng)等。結(jié)果表明，模擬器不僅能提高新醫(yī)生的手術(shù)操作技能，而且對(duì)有經(jīng)驗(yàn)的醫(yī)生也有幫助，可使其把新的手術(shù)技術(shù)應(yīng)用于臨床之前的反復(fù)模擬訓(xùn)練，從而防止醫(yī)療差錯(cuò)的發(fā)生。

世界領(lǐng)先的達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人亮相進(jìn)博會(huì)

近日，西安市第三醫(yī)院就掛牌成立了全國(guó)首家腫瘤虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)精準(zhǔn)診療基地，全面應(yīng)用混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行術(shù)前評(píng)估以及術(shù)中監(jiān)測(cè)，極大地提高了手術(shù)安全性。

西安市第三醫(yī)院醫(yī)務(wù)部部長(zhǎng)張達(dá)介紹說(shuō)，醫(yī)生可以借助虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行手術(shù)規(guī)劃及操作，當(dāng)手術(shù)不確定時(shí)，可通過(guò)虛擬影像進(jìn)行比對(duì)，避開重要組織與血管，大大降低手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，提高臨床醫(yī)學(xué)診斷、治療的技能和精度，使得高難度手術(shù)得以更快地普及。

人機(jī)協(xié)作是未來(lái)趨勢(shì)

外科手術(shù)非常復(fù)雜、困難，特別是腫瘤外科，并發(fā)癥發(fā)生率平均達(dá)到20%至30%。在沈柏看來(lái)，用微創(chuàng)的手段，達(dá)到和開腹手術(shù)同樣的根治效果，這是一個(gè)負(fù)責(zé)任的外科醫(yī)生必須考慮的。

那么，如何幫助外科醫(yī)生實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)的外科手術(shù)？在直觀醫(yī)療首席執(zhí)行官古薩特看來(lái)，首先要開發(fā)一些智能技術(shù)，幫助外科醫(yī)生實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，不是替換這些醫(yī)生，而是實(shí)現(xiàn)人機(jī)協(xié)作。

“機(jī)器學(xué)習(xí)和大數(shù)據(jù)的時(shí)代已經(jīng)到來(lái)，而機(jī)器人體系能搜集大量的數(shù)據(jù)，所以能更好地告訴我們外科手術(shù)過(guò)程的方方面面，使這些技術(shù)、手段能很好地被我們所用，更好地服務(wù)外科醫(yī)生。”古薩特說(shuō)。

美國(guó)約翰斯·霍普金斯大學(xué)計(jì)算機(jī)集成手術(shù)系統(tǒng)和技術(shù)研究中心主任羅素·泰勒此前也在接受媒體采訪時(shí)表示，堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)以及大數(shù)據(jù)的使用都能幫助解決實(shí)際問(wèn)題，但機(jī)器學(xué)習(xí)面臨的一大挑戰(zhàn)就是人機(jī)交互——人類和機(jī)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(shù)發(fā)展需要考慮，人類如何清楚明晰地告訴機(jī)器人類想做的事情，以及機(jī)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(guò)和真正需要醫(yī)療機(jī)器人的終端用戶（如醫(yī)生）一起工作，理解他們的問(wèn)題，才能考慮如何解決問(wèn)題?！绷_素·泰勒認(rèn)為，“未來(lái)我們更需要機(jī)器人對(duì)于所實(shí)施任務(wù)及對(duì)象（患者）的更精準(zhǔn)的理解?！?/p>

另外，自動(dòng)化也是未來(lái)手術(shù)機(jī)器人發(fā)展的必然趨勢(shì)。隨著人工智能技術(shù)的引入，機(jī)器人自動(dòng)化程度不斷提高?！皺C(jī)器人會(huì)變得越來(lái)越聰明，越來(lái)越理解醫(yī)生想讓它干什么、它怎么更好地執(zhí)行。”羅素·泰勒說(shuō)。