如何實(shí)現(xiàn)彎道超車

王志剛

根據(jù)普華永道中國(guó)發(fā)布的研究報(bào)告，至2020年，全球醫(yī)療機(jī)器人市場(chǎng)價(jià)值趨勢(shì)將達(dá)到76億美元，同時(shí)，在2005年至2015年的十年間，全球使用機(jī)器人的手術(shù)數(shù)量激增26倍。相比傳統(tǒng)手術(shù)，手術(shù)機(jī)器人具有精準(zhǔn)、微創(chuàng)、高效的天然優(yōu)勢(shì)，同時(shí)，基于手術(shù)機(jī)器人的遠(yuǎn)程醫(yī)療，可以有效緩解醫(yī)療資源配置問題與矛盾。

在國(guó)內(nèi)，手術(shù)機(jī)器人經(jīng)歷了從技術(shù)“跟跑”到應(yīng)用“突破”的20年，已經(jīng)涌現(xiàn)出天智航、柏慧維康、楚天科技等一系列國(guó)內(nèi)知名品牌。而在人工智能時(shí)代，國(guó)產(chǎn)手術(shù)機(jī)器人依舊在緊抓機(jī)遇，實(shí)現(xiàn)彎道超車。

2018世界機(jī)器人大會(huì)中，獲得CFDA認(rèn)證的“睿米”神經(jīng)外科手術(shù)機(jī)器人首次亮相。為了能夠更好地了解這臺(tái)洗衣機(jī)大小的手術(shù)機(jī)器人前世今生，大會(huì)之后，記者約訪了它的發(fā)明者——北京柏慧維康科技有限公司董事長(zhǎng)劉達(dá)，他師承國(guó)內(nèi)最早研究手術(shù)機(jī)器人的北京航空航天大學(xué)教授王田苗，也是王教授的第一位博士。因此，劉達(dá)與他的“睿米”手術(shù)機(jī)器人其實(shí)就是國(guó)產(chǎn)手術(shù)機(jī)器人技術(shù)發(fā)展的一個(gè)縮影。

技術(shù)“跟跑”

“德國(guó)的產(chǎn)學(xué)研結(jié)合非常密切，從技術(shù)研發(fā)到產(chǎn)品的轉(zhuǎn)化效率很高?！边@是2003年赴德留學(xué)時(shí)，德國(guó)醫(yī)療手術(shù)機(jī)器人發(fā)展給北京柏慧維康科技有限公司CEO劉達(dá)留下的印象，當(dāng)時(shí)他還在讀博士后。相比之下，當(dāng)時(shí)的中國(guó)雖然有很好的臨床條件，患者樣本多，但手術(shù)機(jī)器人的臨床應(yīng)用水平卻很低。而事實(shí)上，2003年時(shí)，距離劉達(dá)參與國(guó)內(nèi)手術(shù)機(jī)器人技術(shù)的起步研究已經(jīng)過去了8個(gè)年頭。劉達(dá)不禁向《中國(guó)名牌》記者回憶起1995年，田增民教授與導(dǎo)師王田苗起步研發(fā)國(guó)內(nèi)手術(shù)機(jī)器人的情形。

“敢讓一個(gè)機(jī)器人給自己做開顱手術(shù)嗎？”一位網(wǎng)友發(fā)帖質(zhì)疑。其實(shí)，當(dāng)時(shí)不僅普通公眾在質(zhì)疑，甚至是在醫(yī)院從業(yè)幾十年的老專家也將機(jī)器人應(yīng)用于手術(shù)視為偽科學(xué)。因此，手術(shù)機(jī)器人技術(shù)在國(guó)內(nèi)還未拔腿跟跑，就在觀念上形成犄角。但田增民還是決定將手術(shù)機(jī)器人的研究創(chuàng)想付諸實(shí)踐。正是這份堅(jiān)定打動(dòng)了王田苗，兩人就此開始了長(zhǎng)達(dá)十余年的科研合作。

田增民將當(dāng)時(shí)的研究半開玩笑地稱作“拆來主義”，沒有必備的器械零件，就從醫(yī)院淘汰不用的設(shè)備上拆來用，醫(yī)院廢棄的醫(yī)療物品在他的“實(shí)驗(yàn)室”（10平米左右的廢棄倉(cāng)庫(kù)）里被回收利用，真所謂沒有條件就創(chuàng)造條件。實(shí)際研究工作的進(jìn)展，就像一次“地下工作”。

“有一次，王田苗剛想試試看能不能進(jìn)手術(shù)室，碰巧遇上院領(lǐng)導(dǎo)檢查，直接把他轟走了?！碧镌雒裰两襁€記得王田苗臉上的尷尬，“過幾天他又繼續(xù)悶在倉(cāng)庫(kù)里做實(shí)驗(yàn)，繼續(xù)和我們的醫(yī)生討論。”在這樣有些戲劇性的情形下，經(jīng)過兩年時(shí)間的研發(fā)試驗(yàn)，田增民和王田苗終于在1997年，通過自主研發(fā)的第一代睿米手術(shù)機(jī)器人完成了國(guó)內(nèi)首例框架立體定向手術(shù)。

這次之后，國(guó)產(chǎn)手術(shù)機(jī)器人的研發(fā)進(jìn)一步向遠(yuǎn)程協(xié)作領(lǐng)域跟進(jìn)，王田苗與田增民希望通過此項(xiàng)技術(shù)，促進(jìn)化解地區(qū)間醫(yī)療資源配置的矛盾。 很快，2005年，田增民等來了將此項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于臨床實(shí)踐的機(jī)會(huì)。

2005年12月22日上午，雨后初晴的陽(yáng)光在慢慢驅(qū)散冬季延安的蕭冷，此時(shí)，在延安大學(xué)附屬醫(yī)院手術(shù)室里正在進(jìn)行一場(chǎng)關(guān)乎生命的特殊網(wǎng)絡(luò)通話?！霸偻宵c(diǎn)，它就偏了”，田增民在北京的手術(shù)總控室里緊盯著電腦屏幕，絲毫不敢放松。話音剛落，一根190mm的探針沿著既定方向，準(zhǔn)確地刺進(jìn)69歲腦出血患者張秀英的額頭偏上的頭皮層，探針緩慢推進(jìn)病人腦部，刺入腫瘤囊壁，隨著黑色推進(jìn)器的上移，連接探針的注射器內(nèi)盈滿淡黃色液體，致命的“毒液”被順利吸出。這意味著，手術(shù)40分鐘前，69歲的張秀英被死神拽進(jìn)黑暗；40分鐘之后，她又被遠(yuǎn)程腦外科手術(shù)機(jī)器人拽回到生活的陽(yáng)光里。

自此，中國(guó)首例機(jī)器人輔助立體定向手術(shù)獲得成功。田增民表示：“這次使用的第五代機(jī)器人，意味著我國(guó)立體定向機(jī)器人技術(shù)進(jìn)入全面發(fā)展的成熟階段?！蓖瑫r(shí)這也是神經(jīng)外科手術(shù)機(jī)器人技術(shù)在臨床應(yīng)用上邁出的重要一步。

應(yīng)用突破

傳統(tǒng)的腦外科手術(shù)中，醫(yī)生需要將四個(gè)鋼制的禁錮螺栓緊固在患者顱骨上，患者頭戴重達(dá)數(shù)公斤鋼制金屬定位儀進(jìn)行術(shù)前CT掃描以及術(shù)中開顱，由此給患者帶來的痛苦不言而喻。

醫(yī)生以救死扶傷、幫助病患減輕痛苦為己任。能否摒棄這個(gè)冰冷的鋼制器材，同時(shí)又能夠順利完成腦神經(jīng)外科手術(shù)，減少手術(shù)帶來的痛苦呢？這成為上世紀(jì)末國(guó)產(chǎn)神經(jīng)外科手術(shù)機(jī)器人向前發(fā)展的第一道坎。

于是，王田苗提出了“從帶框架到無框架”的研究方向，目的就是擺脫傳統(tǒng)神經(jīng)外科手術(shù)中的頭部金屬定向儀。1998年10月，劉達(dá)隨即加入醫(yī)療外科機(jī)器人研究小組，負(fù)責(zé)這項(xiàng)國(guó)家863計(jì)劃中相關(guān)課題的技術(shù)研發(fā)。1999年4月，國(guó)內(nèi)首例機(jī)器人輔助無框架立體定位手術(shù)完成。2000年，北京市科委做出成果鑒定，“無框架神經(jīng)外科機(jī)器人的臨床應(yīng)用填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)的空白”。

解決了患者的痛苦，劉達(dá)接下來考慮的便是如何進(jìn)一步提高手術(shù)的精準(zhǔn)度，進(jìn)一步提高患者手術(shù)的成功率。而對(duì)于手術(shù)機(jī)器人而言，手術(shù)的精確度取決于機(jī)械臂的操作精度?？梢哉f，手術(shù)中機(jī)械臂的毫厘之差，對(duì)患者而言，就是生死之隔。因此，如何將手術(shù)機(jī)器人的機(jī)械臂變被動(dòng)為主動(dòng)，用計(jì)算機(jī)算法編程替代醫(yī)生的經(jīng)驗(yàn)與肉眼定位？這成為劉達(dá)帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)推動(dòng)國(guó)產(chǎn)手術(shù)機(jī)器人更新迭代之路上遇到的第二道坎。

直到2013年，手術(shù)機(jī)器人的主動(dòng)化機(jī)械臂基本成型，3年后，劉達(dá)等來了對(duì)主動(dòng)機(jī)械臂精度進(jìn)行臨床驗(yàn)證的機(jī)會(huì)。

在這場(chǎng)手術(shù)中，為了能夠保證手術(shù)過程不傷及患者的音樂與旋律神經(jīng)，醫(yī)生必須能夠準(zhǔn)確無誤地在病灶靶點(diǎn)處進(jìn)行手術(shù)，可通過傳統(tǒng)方法進(jìn)行開顱手術(shù)，醫(yī)生坦言，幾乎無法完成。于是，解放軍第306醫(yī)院院長(zhǎng)顧建文采用了劉達(dá)的科研成果—神經(jīng)外科導(dǎo)航定位機(jī)器人。

2016年6月6日，解放軍第306醫(yī)院神經(jīng)外科的手術(shù)室里，響起一陣陣音符并不規(guī)整的小提琴演奏聲。學(xué)習(xí)了12年大提琴的吉林女孩毛澄宇一邊接受血管瘤腦外科手術(shù)，一邊在拉小提琴。當(dāng)然，這不是一場(chǎng)表演，而是這場(chǎng)手術(shù)的一部分。在這場(chǎng)手術(shù)中，為了能夠隨時(shí)監(jiān)測(cè)毛澄宇的音樂旋律神經(jīng)是否在手術(shù)中遭受到損傷，醫(yī)生讓毛澄宇用提琴為這場(chǎng)手術(shù)“伴奏”。一面是舒緩的音樂，一面是神經(jīng)外科導(dǎo)航定位機(jī)器人與醫(yī)生有條不紊地調(diào)整、定位、穿刺入針……

很幸運(yùn)，這套通過人工智能算法設(shè)計(jì)的最佳手術(shù)路徑，讓毛澄宇在音樂路上重獲新生。

彎道超車

自2000年以來，人工智能進(jìn)入深度學(xué)習(xí)的發(fā)展階段，雖然中國(guó)沒能趕上人工智能的前兩次發(fā)展浪潮，但卻完整地趕上了人工智能深度學(xué)習(xí)的浪潮，中國(guó)在跟跑中逐漸超越，躋身全球人工智能領(lǐng)域研究的第一梯隊(duì)。

在醫(yī)療手術(shù)領(lǐng)域，人工智能使得手術(shù)機(jī)器人逐漸具備了“腦”“眼”“手”協(xié)調(diào)工作區(qū)，柏慧維康市場(chǎng)部相關(guān)負(fù)責(zé)人介紹說，這讓手術(shù)機(jī)器人擁有更強(qiáng)大、更系統(tǒng)、更準(zhǔn)確的計(jì)算能力，同時(shí)，通過高倍立體顯微攝像頭進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤定位，用機(jī)械臂來抵達(dá)人手無法抵達(dá)的極限。

未來，將是一個(gè)人工智能為人類賦能的時(shí)代?！艾F(xiàn)在我們?cè)诩夹g(shù)上并不存在什么障礙?！碧旖虼髮W(xué)副校長(zhǎng)王樹新表示，將銷售量比較多的達(dá)芬奇系統(tǒng)和國(guó)產(chǎn)系統(tǒng)相比較，從技術(shù)本身而言水平基本相當(dāng)，但在應(yīng)用層面需要的是把技術(shù)用好，要通過人工智能、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等技術(shù)的融入，進(jìn)一步改進(jìn)和提升手術(shù)機(jī)器人與醫(yī)生之間的人機(jī)協(xié)作能力，提升醫(yī)生的舒適度和認(rèn)可度。

技術(shù)上，中國(guó)人工智能技術(shù)的發(fā)展給國(guó)產(chǎn)手術(shù)機(jī)器人創(chuàng)造了彎道超車的機(jī)遇，而技術(shù)的落地應(yīng)用則離不開市場(chǎng)的需求與開放。

對(duì)此，哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)器人研究所副所長(zhǎng)付宜利在2018人工智能與機(jī)器人技術(shù)及產(chǎn)業(yè)發(fā)展論壇上表示，國(guó)內(nèi)醫(yī)療機(jī)器人市場(chǎng)蘊(yùn)含巨大潛力，行業(yè)熱情已被重新點(diǎn)燃，醫(yī)療領(lǐng)域已成為人工智能的必爭(zhēng)之地，巨大行業(yè)缺口正待開發(fā)。

面對(duì)巨大的需求市場(chǎng)，人工智能必將會(huì)成為助力國(guó)產(chǎn)手術(shù)機(jī)器人向前發(fā)展的強(qiáng)大動(dòng)能，在醫(yī)療場(chǎng)景中，實(shí)現(xiàn)彎道超車。