腫瘤手術(shù)機器人的實用價值

李洪誼

癌癥作為嚴重威脅人類生命安全的惡性疾病之一，在治療時往往會給患者帶來心理與生理的雙重痛苦。隨著醫(yī)療機器人在臨床投入使用，更先進的治療手段和更輕微的術(shù)后創(chuàng)傷，讓患者看到了被治愈的希望。本文將圍繞腫瘤治療所面臨的實際困難，詳細解讀醫(yī)療機器人的實用價值和發(fā)展前景。

近年來，占位性腫瘤的發(fā)病率呈現(xiàn)上升趨勢。國際癌癥研究機構(gòu)（IARC）的最新數(shù)據(jù)顯示，預(yù)計2018年全球?qū)⒂屑s1800萬新增癌癥病例以及960萬癌癥死亡病例。國家癌癥中心統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，我國每年新發(fā)癌癥病例超350萬，死亡病例超200萬，相當于我國占據(jù)全球癌癥新發(fā)病人數(shù)的20%以上，同時意味著我國每天有1萬人確診癌癥，平均每分鐘有7個人得癌癥。

當前，肺癌在我國依舊是發(fā)病率和死亡率均排名第一的惡性腫瘤。發(fā)病率其次為胃癌、肝癌和食管癌，死亡率其次為肝癌、胃癌、食管癌。

總體而言，在全球范圍內(nèi)，中國惡性腫瘤的發(fā)病率和死亡率位居較高水平，防控形勢嚴峻。另外，我國人口老齡化加劇，而惡性腫瘤發(fā)病率會隨年齡的增加而上升，所以早診早治工作以及腫瘤科普篩查工作亟須進一步加強，要號召全民了解癌癥、預(yù)防癌癥。

當前，腫瘤治療手段主要為外科治療、化學(xué)治療、放射治療、微創(chuàng)療法。

近年來， 醫(yī)療機器人已在神經(jīng)外科、腹腔外科、胸外科、骨外科、血管介入、顱面外科等手術(shù)中得到了廣泛應(yīng)用。根據(jù)波士頓咨詢的預(yù)計，2015年醫(yī)療機器人的全球市場總值為40億美元，2020年將增至114億美元，當前醫(yī)療機器人的發(fā)展面臨著巨大的市場機遇。

腫瘤手術(shù)機器人

目前，筆者所在的蘇州尚賢專注于兩款腫瘤手術(shù)機器人的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化，消化內(nèi)鏡手術(shù)機器人與腫瘤放射治療機器人。

消化內(nèi)鏡手術(shù)機器人

消化內(nèi)鏡手術(shù)機器人滿足了消化道腔外病變內(nèi)鏡微創(chuàng)介入治療所面臨的智能、精準和高效的臨床需求。

經(jīng)自然腔道內(nèi)鏡手術(shù)（Natural Orifice Transluminal Endoscopic Surgery ，NOTES）是指使用軟式內(nèi)鏡，經(jīng)消化道等自然腔道進入胸腹腔等體腔進行內(nèi)鏡手術(shù)，適應(yīng)現(xiàn)代微創(chuàng)外科“無疤痕”發(fā)展趨勢。然而，當前NOTES技術(shù)的臨床開展仍存在諸如手術(shù)入路選擇困難、術(shù)中缺乏實時手術(shù)導(dǎo)航、消化道腔外內(nèi)鏡精準操控難度高等問題，導(dǎo)致NOTES 技術(shù)僅適用于極少部分緊鄰消化道的腔外病變介入治療，適應(yīng)證極為有限。

當前，NOTES技術(shù)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，包括消化道粘膜剝離術(shù)、闌尾腫瘤切除術(shù)、腹腔腫瘤切除術(shù)、保膽治療術(shù)等。

消化內(nèi)鏡手術(shù)機器人攻克了混合現(xiàn)實內(nèi)鏡介入手術(shù)中存在的導(dǎo)航和高精度力反饋傳感技術(shù)難題，并裝配了仿人雙臂、高精度力反饋內(nèi)鏡手術(shù)機器人本體，有效解決了NOTES 手術(shù)入路選擇和實時空間定位導(dǎo)航的技術(shù)難點，提高了NOTES 治療有效性及安全性，拓寬了NOTES 治療適應(yīng)證，使腔外病變內(nèi)鏡微創(chuàng)治療更加智能、精準及高效。

尚賢醫(yī)療前期研發(fā)的一代胃鏡機器人被列入國家科技支撐計劃，獲得了國家科技支撐并進行了人類科研臨床，二代仿人雙臂內(nèi)鏡手術(shù)機器人解決了一代胃鏡機器人機械式傳動方式。二代機器人具有十五軸自由度雙臂仿人機器人挾持可精準操控內(nèi)鏡，并采用雙六自由度腕力傳感器和雙六自由度力反饋手柄，搭載了多模態(tài)影像融合于混合現(xiàn)實的內(nèi)鏡介入手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)。

NOTES 技術(shù)適應(yīng)了現(xiàn)代微創(chuàng)外科“無疤痕”的發(fā)展趨勢，與傳統(tǒng)外科和腹腔鏡手術(shù)相比，實現(xiàn)了體表無切口，減輕了術(shù)后疼痛，避免了切口感染、切口疝及慢性腹壁疼痛。同時，NOTES手術(shù)對腹膜及腹腔臟器接觸較少，手術(shù)引起的腹膜反應(yīng)較輕，降低了術(shù)后腸梗阻、腸粘連發(fā)生的概率。搭載介入手術(shù)導(dǎo)航的內(nèi)鏡機器人有效解決了NOTES入路選擇、實時空間定位導(dǎo)航和遠程精準操作等技術(shù)難點，極大地提高了NOTES治療有效性及安全性，拓寬了NOTES治療適應(yīng)證，使更多患者能從內(nèi)鏡微創(chuàng)治療中獲益。內(nèi)鏡機器人成功研制并產(chǎn)業(yè)化后，將打破發(fā)達國家的技術(shù)壟斷，提高我國手術(shù)機器人設(shè)計水平和市場占有率。

配套研發(fā)的消化內(nèi)鏡下早癌剝離耗材包，包括消化道軟組織夾、透明先端帽等。耗材包相關(guān)產(chǎn)品已獲得CE、CFDA、KFDA等認證，并面向全球展開銷售。部分產(chǎn)品采用市場定制化研發(fā)，并擁有國際發(fā)明專利。

腫瘤放射治療機器人

癌癥放射治療作為治療惡性腫瘤的三大手段之一，擁有一百余年的歷史。質(zhì)子刀精準放療技術(shù)是放療治療手段的一種，也是國際公認的放療尖端技術(shù)。質(zhì)子粒子線與傳統(tǒng)光子線不同，質(zhì)子粒子線可以形成能量布拉格峰（Bragg峰），能夠在對腫瘤進行集中爆破的同時，減少對健康組織的傷害。

質(zhì)子刀放療是目前最先進的癌癥無創(chuàng)精準治療方法。質(zhì)子粒子極其微小，通過質(zhì)子加速器產(chǎn)生的高能質(zhì)子束，可精確控制射入人體，將能量準確地釋放到病變部位，達到治療效果。

質(zhì)子治療機器人通過機械臂將病人運送到質(zhì)子放療設(shè)備中，并進行全方位的掃描。這需要機械臂具有大范圍運動空間以及足夠的剛度和運動精度，同時也要滿足醫(yī)療器械產(chǎn)品的各種標準。

質(zhì)子放療系統(tǒng)為質(zhì)子放射治療提供靈活、高精度的患者擺位手段。作為質(zhì)子放射治療系統(tǒng)的重要組成部分，機器人與旋轉(zhuǎn)支架組合，應(yīng)當實現(xiàn)任意角度的照射治療，并且不存在機器人與旋轉(zhuǎn)支架和治療頭發(fā)生碰撞的危險。同時，質(zhì)子治療機器人的作用在于精確定位患者，包括在X射線圖像定位過程和患者治療過程中的定位。在治療期間，機器人能根據(jù)治療計劃的要求進行姿態(tài)、位置調(diào)整，幫助患者移出治療艙，調(diào)整好姿態(tài)再進入。

尚賢醫(yī)療質(zhì)子精準治療機器人的機械臂各關(guān)節(jié)均采用全閉環(huán)設(shè)計，通過絕對位置光柵編碼器消除傳動誤差，提高機械臂末端的絕對定位精度。此外，機器人的機械臂末端安裝了六維腕力傳感器，可實時檢測末端負載的重量和彎矩變化，對機械臂進行剛度補償，保證絕對定位精度。四重精度補償算法可對質(zhì)子精準治療機器人的機械臂末端運動進行實時位置補償，以保證絕對定位精度。

當前，腫瘤質(zhì)子治療機器人已進入了產(chǎn)業(yè)化階段，并在今年完成了第二臺質(zhì)子治療機器人的交付。電子、光子放射治療機器人目前正在研發(fā)中，這些機器人同樣具有廣闊的市場前景。