未來的外科醫(yī)生將與機(jī)器人醫(yī)生一起協(xié)作

Marcus Woo

如果你近期需要做外科手術(shù)，你的外科醫(yī)生很可能會(huì)在機(jī)器人的輔助下進(jìn)行外科手術(shù)。美國斯坦福大學(xué)的泌尿外科專家兼機(jī)器人外科主任Benjamin Chung表示，對(duì)于許多泌尿外科手術(shù)，如前列腺癌的前列腺切除手術(shù)，機(jī)器人輔助外科手術(shù)已成為手術(shù)護(hù)理的標(biāo)準(zhǔn)。Chung估計(jì)，美國90%以上的前列腺切除手術(shù)（包括部分切除和全部切除）是在機(jī)器人的輔助下進(jìn)行的[1]。其中前列腺部分切除手術(shù)的比例超過60%，完全切除手術(shù)的比例超過27% [2,3]。美國南加利福尼亞大學(xué)洛杉磯分校的機(jī)器人模擬和教育系主任兼泌尿?qū)W專家Andrew Hung說：“在過去的20年，機(jī)器人輔助外科手術(shù)逐漸變得越來越普遍。”

在機(jī)器人輔助外科手術(shù)被越來越廣泛地應(yīng)用于泌尿外科和婦科領(lǐng)域的同時(shí)，這一手術(shù)方式在其他外科分支領(lǐng)域的應(yīng)用也取得不斷進(jìn)步。據(jù)全球咨詢公司Frost &Sullivan的調(diào)查顯示，2016年只有5%～10%的開放式外科手術(shù)采用了機(jī)器人輔助設(shè)備，但該設(shè)備足以滿足50%以上的外科手術(shù)的需求[4]。最近一份市場調(diào)查結(jié)果顯示，2018年全球外科手術(shù)機(jī)器人的市場規(guī)模達(dá)47.1億美元，預(yù)計(jì)到2029年全球外科手術(shù)機(jī)器人的市場規(guī)模將超過154.3億美元[5]。

目前，位于美國加利福尼亞州森尼韋爾市的Intuitive Surgical公司主導(dǎo)著機(jī)器人外科手術(shù)市場。該公司的達(dá)芬奇（da Vinci）機(jī)器人外科手術(shù)系統(tǒng)于2000年首次得到美國食品藥品監(jiān)督管理局（US Food and Drug Administration）批準(zhǔn)用于普通腹腔鏡手術(shù)。盡管da Vinci機(jī)器人外科手術(shù)系統(tǒng)最初受到了外科手術(shù)界人士的質(zhì)疑，但到目前為止，da Vinci機(jī)器人外科手術(shù)系統(tǒng)已完成了600多萬例手術(shù)，而且世界各地的醫(yī)院安裝了數(shù)千套da Vinci機(jī)器人外科手術(shù)系統(tǒng)[6]。在中國，至少有102套da Vinci機(jī)器人外科手術(shù)系統(tǒng)被安裝在84家醫(yī)院[7]。

da Vinci機(jī)器人外科手術(shù)系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的通用系統(tǒng)（圖1）。在外科醫(yī)生的控制下，da Vinci機(jī)器人外科手術(shù)系統(tǒng)可以自動(dòng)執(zhí)行腹腔鏡手術(shù)。腹腔鏡手術(shù)是一種使用專業(yè)的外科手術(shù)工具和腹腔鏡進(jìn)行的微創(chuàng)手術(shù)。安裝在腹腔鏡末端的帶有微型攝像機(jī)和光源的光纖探針通過細(xì)小的切口插入體內(nèi)。在傳統(tǒng)的腹腔鏡手術(shù)中，外科醫(yī)生手動(dòng)操作醫(yī)用專用器械，然后通過腹腔鏡觀察手術(shù)區(qū)域。但是，da Vinci機(jī)器人外科手術(shù)系統(tǒng)的手術(shù)工具被固定在其四個(gè)機(jī)械臂中的三個(gè)機(jī)械臂的末端，其中腹腔鏡位于第四個(gè)機(jī)械臂上。外科醫(yī)生不是站在手術(shù)臺(tái)上，而是坐在一個(gè)能在高清屏幕上顯示由電腦生成的三維圖像的控制臺(tái)前指導(dǎo)手術(shù)（有時(shí)是在一個(gè)與手術(shù)室分開的房間里）。Chung說，坐在控制臺(tái)上可以減輕醫(yī)生的疲勞。

圖1. 對(duì)用于手術(shù)室的da Vinci機(jī)器人輔助外科手術(shù)系統(tǒng)的模擬。該系統(tǒng)通常包括一個(gè)固定有四個(gè)機(jī)械臂的機(jī)器人推車（右），這個(gè)推車由外科醫(yī)生利用專門的控制臺(tái)（左）進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。圖源：?2016 Intuitive Surgery, Inc. （維基共享資源，CC BY-SA 3.0）。

da Vinci手術(shù)機(jī)器人最大的優(yōu)點(diǎn)是其可移動(dòng)的機(jī)械臂，而且機(jī)械臂的末端可以精確地彎曲和旋轉(zhuǎn)。Hung表示，da Vinci手術(shù)機(jī)器人的優(yōu)勢(shì)在于其高水平控制技術(shù)，該技術(shù)能夠降低更多外科醫(yī)生執(zhí)行復(fù)雜腹腔鏡手術(shù)的工作難度。他說，“這使外科醫(yī)生能夠進(jìn)行大約10年前或更早以前，只有醫(yī)術(shù)精湛的專攻腹腔鏡手術(shù)的醫(yī)生才能做的復(fù)雜手術(shù)?！?Chung說，da Vinci手術(shù)機(jī)器人在前列腺切除術(shù)、子宮切除術(shù)和腎切除術(shù)等手術(shù)領(lǐng)域非常實(shí)用，因?yàn)檫@些手術(shù)的手術(shù)面積相對(duì)較小，機(jī)器人不需要大范圍的移動(dòng)。雖然這些手術(shù)需要進(jìn)行大量縫合，但是這正是da Vinci手術(shù)機(jī)器人所擅長的。

雖然機(jī)器人輔助外科手術(shù)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)有很多，但其昂貴的成本需要引起人們的重視。一臺(tái)da Vinci機(jī)器人輔助外科手術(shù)系統(tǒng)的價(jià)格高達(dá)200萬美元，并且根據(jù)最近的一項(xiàng)分析顯示，每臺(tái)da Vinci機(jī)器人輔助外科手術(shù)的最低價(jià)格為3568美元[8]。造成該系統(tǒng)成本價(jià)格如此昂貴的部分原因是近20年來手術(shù)機(jī)器人的市場一直由Intuitive Surgical公司壟斷，不過，隨著更多新產(chǎn)品進(jìn)入市場，預(yù)計(jì)它的價(jià)格將會(huì)下降。手術(shù)機(jī)器人廣闊的市場發(fā)展前景及其專利保護(hù)期的陸續(xù)到期[9,10]正促使許多公司競相開發(fā)和提供有競爭性的機(jī)器人系統(tǒng)。

2019年年末，全球醫(yī)療設(shè)備公司Medtronic宣布進(jìn)軍手術(shù)機(jī)器人行列，并將推出其新一代機(jī)器人通用外科手術(shù)系統(tǒng)Hugo [11]。該公司計(jì)劃于2021年將Hugo投入市場，但這只是即將涌入新型外科手術(shù)機(jī)器人市場的冰山一角。近日，總部位于英國劍橋的CMR Surgical公司籌集了2.4億美元，用于全面資助其模塊化外科手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)Versius的全球商業(yè)化。該公司計(jì)劃在歐洲和亞洲推出該系統(tǒng)（已獲歐洲批準(zhǔn)，并且已經(jīng)在印度普納的一家醫(yī)院投入使用）[12]。谷歌的Verily公司（原名谷歌生命科學(xué)）和醫(yī)療設(shè)備巨頭強(qiáng)生公司共同成立的初創(chuàng)公司正在開發(fā)一種名為Verb的機(jī)器人平臺(tái)。日本[13]、韓國、新加坡、泰國和中國的幾家公司也正在研發(fā)本國的手術(shù)機(jī)器人，如北京積水潭醫(yī)院和北京天智航醫(yī)療技術(shù)有限公司（Beijing Tinavi Medical Technologies）共同研發(fā)的TiRobot系統(tǒng)[14]。

大多數(shù)新型機(jī)器人憑借自身適用于各種手術(shù)的通用系統(tǒng)與da Vinci機(jī)器人系統(tǒng)相互競爭。但是，市場上也出現(xiàn)了體積更小、更專業(yè)的手術(shù)機(jī)器人，如Intuitive Surgical公司開發(fā)的Ion機(jī)器人系統(tǒng)。Ion機(jī)器人的柔性導(dǎo)管可進(jìn)入患者肺部組織進(jìn)行支氣管鏡檢查。被強(qiáng)生公司收購的美國加利福尼亞州紅木城的初創(chuàng)公司Auris Health研發(fā)了一個(gè)類似的支氣管鏡檢查機(jī)器人。美國田納西州納什維爾市的范德比爾特大學(xué)的研發(fā)手術(shù)機(jī)器人的專家Robert Webster說：“這些更加專業(yè)化的外科手術(shù)機(jī)器人促進(jìn)了許多商用領(lǐng)域手術(shù)機(jī)器人設(shè)備數(shù)量的增加。例如，在骨科手術(shù)中，這些設(shè)備能夠精準(zhǔn)地鉆骨，或在立體定向手術(shù)（如活檢）時(shí)將針頭或電極插入患者體內(nèi)。這是手術(shù)機(jī)器人未來的發(fā)展方向。未來將會(huì)有許多細(xì)分特定領(lǐng)域的手術(shù)機(jī)器人被研發(fā)出來，并且我認(rèn)為它們將會(huì)取代通用型機(jī)器人。”

但是手術(shù)機(jī)器人并不總是會(huì)改善治療效果，它也會(huì)帶來一些風(fēng)險(xiǎn)[15]。2019年2月，美國食品藥品監(jiān)督管理局發(fā)出警告稱，至少對(duì)于某些癌癥，如乳腺癌和宮頸癌，沒有證據(jù)表明機(jī)器人手術(shù)會(huì)改善其治療效果[16]。該警告主要基于在2018年The New England Journal of Medicine上發(fā)表的兩項(xiàng)重要研究，這兩項(xiàng)研究均表明，接受過微創(chuàng)手術(shù)（包括機(jī)器人輔助外科手術(shù)）的宮頸癌女性患者的存活率低于接受傳統(tǒng)開放的外科手術(shù)的女性患者的存活率。造成這種情況的原因可能是機(jī)器人在操作過程中無意釋放出腫瘤細(xì)胞[17,18]。Webster教授說：“機(jī)器人不一定適用于所有手術(shù)。有些手術(shù)更適合醫(yī)生手動(dòng)操作?！?/p>

然而，針對(duì)泌尿外科的一個(gè)長期的跟蹤記錄讓外科醫(yī)生更加相信機(jī)器人手術(shù)是安全和有益的。Chung主任說：“如果手術(shù)過程中有異常情況出現(xiàn)，醫(yī)生也會(huì)提前發(fā)現(xiàn)?！?/p>

人工智能（AI）也是機(jī)器人手術(shù)革命的一部分。隨著越來越多的手術(shù)機(jī)器人被應(yīng)用于手術(shù)室，手術(shù)過程中的相關(guān)數(shù)據(jù)也隨之增多。當(dāng)醫(yī)生操作機(jī)器人進(jìn)行手術(shù)時(shí)，機(jī)器人會(huì)收集每一道程序的每一條信息。Webster教授表示，AI可以幫助分析這些數(shù)據(jù)，并幫助外科醫(yī)生優(yōu)化他們的技術(shù)，以獲得最佳的治療效果。AI還可能使機(jī)器人自動(dòng)執(zhí)行某些重復(fù)或普通的手術(shù)任務(wù)，如縫合打結(jié)創(chuàng)口[19]。

但是外科醫(yī)生目前還不需要擔(dān)心自己會(huì)被機(jī)器人取代。至少從現(xiàn)在到未來很長一段時(shí)間，手術(shù)機(jī)器人可能仍然是協(xié)作型機(jī)器人，即輔助人類工作的協(xié)作機(jī)器人。機(jī)器人擅長執(zhí)行重復(fù)和精確的任務(wù)，而人類更擅長在手術(shù)室里做生死攸關(guān)的決定。Webster教授表示，我們的目標(biāo)是建立一個(gè)“協(xié)作系統(tǒng)”，在這個(gè)系統(tǒng)中，機(jī)器人做自己擅長的事，而人類做人類擅長的事，兩者互相協(xié)作。

盡管半自主手術(shù)機(jī)器人在短時(shí)間內(nèi)還不太可能實(shí)現(xiàn)，但它可能已經(jīng)在發(fā)展的路上了。Chung主任說：“這將是一個(gè)持續(xù)的發(fā)展過程。屆時(shí)，機(jī)器人的成本將會(huì)降低，它們將變得更加智能和擁有更多的功能。我認(rèn)為這些對(duì)外科醫(yī)生來說都是好事?！?/p>