麻醉機(jī)器人的昨天、今天與明天

傅海龍 袁紅斌

隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，機(jī)器人技術(shù)已極大地改變了人們的生活。從航空、航天到家政服務(wù)，再到游戲娛樂(lè)，都能看到機(jī)器人的身影。可以說(shuō)，機(jī)器人技術(shù)已深入應(yīng)用至社會(huì)的各行各業(yè)，對(duì)人們的生產(chǎn)和生活方式產(chǎn)生了深刻的影響。2000年至今，醫(yī)療機(jī)器人技術(shù)進(jìn)入高速發(fā)展期，著名的達(dá)芬奇機(jī)器人外科手術(shù)系統(tǒng)已被廣泛用于普通外科、胸外科、泌尿外科和婦產(chǎn)科等手術(shù)中。機(jī)器人輔助診斷系統(tǒng)“沃森醫(yī)生”也逐步應(yīng)用于臨床。機(jī)器人技術(shù)的合理運(yùn)用可使醫(yī)療服務(wù)更標(biāo)準(zhǔn)和高效，操作更安全和便利，其正在潛移默化地改變臨床醫(yī)師的診療習(xí)慣和學(xué)習(xí)方式。

在麻醉學(xué)領(lǐng)域，如何實(shí)現(xiàn)圍手術(shù)期精準(zhǔn)給藥、減輕麻醉科醫(yī)師工作負(fù)擔(dān)、減少麻醉操作失誤率是一直被關(guān)注的問(wèn)題，麻醉機(jī)器人便應(yīng)運(yùn)而生?，F(xiàn)階段，麻醉機(jī)器人按功能學(xué)定位主要分為3種類(lèi)型，即給藥機(jī)器人、麻醉技術(shù)操作機(jī)器人和認(rèn)知型機(jī)器人。

從某種意義上說(shuō)，給藥機(jī)器人最早的雛形可追溯到靶控輸注(target controlled infusion, TCI)系統(tǒng)。TCI系統(tǒng)是依托藥代動(dòng)力學(xué)模型計(jì)算血藥濃度，通過(guò)軟件控制給藥速率，使麻醉藥物的血藥濃度達(dá)到預(yù)期值的一套高精度輸注泵。然而，TCI泵是一個(gè)開(kāi)環(huán)系統(tǒng)，需要根據(jù)手術(shù)刺激情況，人工確定和調(diào)整麻醉藥物的濃度，術(shù)中往往不能維持恒定的麻醉深度。目前研發(fā)的一系列靜脈給藥機(jī)器人(又稱(chēng)靜脈麻醉機(jī)器人)則主要是基于閉環(huán)TCI系統(tǒng)，通過(guò)實(shí)時(shí)獲取相關(guān)目標(biāo)參數(shù)，如腦電雙頻指數(shù)(bispectral index, BIS)、聽(tīng)覺(jué)誘發(fā)電位、血壓、氧飽和度等來(lái)判斷麻醉深度和循環(huán)情況，控制系統(tǒng)通過(guò)監(jiān)測(cè)到的目標(biāo)參數(shù)變化，自動(dòng)調(diào)整輸注泵內(nèi)麻醉藥物和血管活性藥的給藥劑量和速率，實(shí)現(xiàn)藥物的閉環(huán)反饋輸注，可實(shí)時(shí)、精準(zhǔn)、個(gè)體化地解決用藥差異。

在麻醉技術(shù)操作領(lǐng)域，機(jī)器人目前主要應(yīng)用于氣管插管和超聲引導(dǎo)下的區(qū)域神經(jīng)阻滯。2012年，開(kāi)普勒插管系統(tǒng)(the Kepler intubation system)問(wèn)世，利用其機(jī)械臂在模擬人身上首次完成了可視喉鏡下氣管插管[3]。2018年，中國(guó)成功研發(fā)機(jī)器人輔助下的遠(yuǎn)程插管系統(tǒng)(remote robot-assisted intubation system, RRAIS)，使遠(yuǎn)程急救輔助氣管插管成為可能[4]。2020年，通過(guò)喉部成像和計(jì)算機(jī)圖像自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，成功實(shí)現(xiàn)了氣管插管時(shí)纖維支氣管鏡尖端自動(dòng)識(shí)別聲門(mén)[5]。2021年，中國(guó)科學(xué)家研發(fā)了一套磁導(dǎo)航氣管插管裝置，在模擬人上完成了磁導(dǎo)航氣管插管實(shí)驗(yàn)[6]。隨著研究的不斷深入，氣管插管機(jī)器人逐步走向自動(dòng)化和遠(yuǎn)程化。在區(qū)域阻滯方面，2013年問(wèn)世的麥哲倫神經(jīng)阻滯機(jī)器人系統(tǒng)(Magellan robotic nerve block system)是第1個(gè)用于神經(jīng)阻滯操作的機(jī)器人輔助系統(tǒng)[7]。該系統(tǒng)由控制界面、操縱桿、機(jī)械臂組成，機(jī)械臂末端帶有神經(jīng)阻滯針，可輔助麻醉科醫(yī)師實(shí)施操作。

麻醉學(xué)領(lǐng)域的認(rèn)知型機(jī)器人可通過(guò)分析患者的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，識(shí)別圍手術(shù)期需要人為干預(yù)的臨床特殊情況，并實(shí)時(shí)提供相關(guān)建議和特定的治療方案，為麻醉科醫(yī)師提供臨床決策支持，因此也被稱(chēng)為臨床決策支持系統(tǒng)(clinical decision support systems, CDS)。在術(shù)前評(píng)估和術(shù)中不良事件監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，2018年問(wèn)世的“先知”系統(tǒng)可預(yù)測(cè)麻醉過(guò)程中低氧血癥的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)，并實(shí)時(shí)分析危險(xiǎn)因素[8]；通過(guò)建立模型，研究人員已能夠借助動(dòng)脈波形和電子病歷來(lái)預(yù)測(cè)圍手術(shù)期低血壓的發(fā)生[9-10]，利用人臉圖像預(yù)測(cè)是否存在插管困難[11]。但是，目前研發(fā)的認(rèn)知型機(jī)器人仍處于單一模型預(yù)測(cè)階段，還不能全方位地評(píng)估病情和預(yù)測(cè)圍手術(shù)期不良事件，僅能向醫(yī)師提出建議，最終還需由臨床醫(yī)師決定是否采納。

可以預(yù)見(jiàn)，在不久的將來(lái)，麻醉機(jī)器人的各項(xiàng)功能將被進(jìn)一步整合與強(qiáng)化，作為麻醉科醫(yī)師，如何把握這一發(fā)展趨勢(shì)，借助機(jī)器人技術(shù)更好地服務(wù)于患者是值得認(rèn)真思考的問(wèn)題。

當(dāng)前靜脈麻醉機(jī)器人已逐步采用MIMO系統(tǒng)，但每個(gè)閉環(huán)獨(dú)立運(yùn)行，僅由對(duì)應(yīng)的監(jiān)測(cè)指標(biāo)引導(dǎo)相應(yīng)藥物的輸注。事實(shí)上，各環(huán)路間是交叉溝通的，例如，部分靜脈麻醉藥在發(fā)揮鎮(zhèn)靜作用的同時(shí)，會(huì)對(duì)鎮(zhèn)痛藥和肌松藥產(chǎn)生協(xié)同作用。如何充分考慮各環(huán)之間的相互影響，有效協(xié)同每個(gè)閉環(huán)的運(yùn)行，是靜脈給藥麻醉機(jī)器人下一步研發(fā)的重點(diǎn)。

對(duì)于認(rèn)知型機(jī)器人而言，如何由單純的“預(yù)測(cè)評(píng)估”升級(jí)為“預(yù)測(cè)性治療”是值得關(guān)注的問(wèn)題。目前的CDS尚不能全面地預(yù)測(cè)各類(lèi)不良事件的發(fā)生，更無(wú)法獨(dú)立反饋。如何準(zhǔn)確預(yù)測(cè)圍手術(shù)期不良事件發(fā)生的時(shí)間和原因，并提前進(jìn)行有效的干預(yù)，從而更好地改善預(yù)后顯得更為重要。

對(duì)于麻醉技術(shù)操作機(jī)器人而言，如何融入其他兩類(lèi)機(jī)器人，成為完整意義上的人工智能麻醉機(jī)器人個(gè)體是未來(lái)發(fā)展的方向。給藥機(jī)器人、麻醉技術(shù)操作機(jī)器人的控制軟件與認(rèn)知型機(jī)器人整合，形成機(jī)器人的“腦”；給藥機(jī)器人的輸注泵和技術(shù)操作機(jī)器人的操縱桿、機(jī)械臂則構(gòu)成機(jī)器人的“手”，“腦”與“手”相互配合，可以更加安全高效地完成各項(xiàng)操作，達(dá)到理想的麻醉狀態(tài)。2018年問(wèn)世的一款機(jī)器人學(xué)習(xí)系統(tǒng)，可在硬脊膜超聲圖像中自動(dòng)定位硬膜外穿刺針的針尖，并自動(dòng)識(shí)別超聲圖像中硬膜外腔的解剖界標(biāo)，大大提高了針尖定位的準(zhǔn)確性和穿刺成功率[12]?？梢韵胂?，將該項(xiàng)認(rèn)知型機(jī)器人技術(shù)融入麻醉技術(shù)操作機(jī)器人中，可為研發(fā)自動(dòng)硬膜外穿刺機(jī)器人奠定基礎(chǔ)。同樣，2018年報(bào)道的一種基于全自動(dòng)超聲圖像的神經(jīng)跟蹤方法可準(zhǔn)確地追蹤神經(jīng)位置，對(duì)實(shí)現(xiàn)超聲引導(dǎo)下神經(jīng)阻滯機(jī)器人的全自動(dòng)化技術(shù)整合意義非凡[13]。實(shí)際上，在臨床工作中，麻醉科醫(yī)師面對(duì)著大量血流動(dòng)力學(xué)監(jiān)測(cè)設(shè)備和電子醫(yī)療記錄，通過(guò)開(kāi)發(fā)深度學(xué)習(xí)能力的麻醉機(jī)器人，將極大地減輕麻醉科醫(yī)師的工作負(fù)擔(dān)，并能為患者提供真正個(gè)性化的治療。尤其在面臨重大災(zāi)難和疫情時(shí)，麻醉機(jī)器人將有望緩解因一線麻醉科醫(yī)師短缺造成的臨床工作壓力。

機(jī)器人技術(shù)雖然能為臨床麻醉工作帶來(lái)巨大便利，但其也帶來(lái)一系列倫理問(wèn)題。首當(dāng)其沖的便是醫(yī)療責(zé)任主體的問(wèn)責(zé)問(wèn)題。鑒于當(dāng)前全世界都缺乏界定人工智能在醫(yī)療服務(wù)中責(zé)任的法律和規(guī)范，在醫(yī)療過(guò)程中引入機(jī)器人，可能會(huì)促使人們對(duì)傳統(tǒng)的醫(yī)患關(guān)系產(chǎn)生質(zhì)疑。臨床醫(yī)學(xué)的核心契約，即患者與醫(yī)師之間的信任關(guān)系，隨著機(jī)器人系統(tǒng)的加入將可能出現(xiàn)混淆。當(dāng)出現(xiàn)醫(yī)療事故時(shí)，哪一方是責(zé)任主體，如何進(jìn)行問(wèn)責(zé)，仍需要后續(xù)進(jìn)一步制訂規(guī)范并采取相應(yīng)的措施。其次是患者的隱私問(wèn)題，隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來(lái)和認(rèn)知型機(jī)器人的發(fā)展，電子病歷數(shù)據(jù)需要不斷被分析整合，為臨床決策提供支持，此時(shí)如何保護(hù)患者的隱私是面臨的重要問(wèn)題。最后，在麻醉學(xué)領(lǐng)域機(jī)器人技術(shù)帶來(lái)的職業(yè)替代問(wèn)題也可能成為麻醉從業(yè)者擔(dān)憂的問(wèn)題。因此，在人工智能環(huán)境下發(fā)展麻醉機(jī)器人的同時(shí)，國(guó)家層面也要加快相關(guān)法律、法規(guī)的制訂，加強(qiáng)倫理道德風(fēng)險(xiǎn)的管控。

可以預(yù)見(jiàn)，機(jī)器人技術(shù)在麻醉領(lǐng)域的應(yīng)用前景是不可估量的，其對(duì)保障患者安全、提高麻醉質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)個(gè)性化服務(wù)、減輕麻醉科醫(yī)師工作強(qiáng)度和緩解其壓力等方面都具有重大意義。作為新時(shí)代的麻醉科醫(yī)師，應(yīng)當(dāng)善于接受新鮮事物和新技術(shù)，發(fā)揮人工智能技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，使其輔助麻醉科醫(yī)師更好地服務(wù)于患者。