2023年2月16日，我國(guó)首例5G超遠(yuǎn)程機(jī)器人在杭州為遠(yuǎn)在新疆的患者完成手術(shù)，此次手術(shù)的成功，意義重大。因?yàn)槠涫褂玫氖菄?guó)產(chǎn)四臂腔鏡手術(shù)機(jī)器人，而且我國(guó)對(duì)該機(jī)器人具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，對(duì)于打破國(guó)外天價(jià)手術(shù)機(jī)器人的壟斷，邁出了關(guān)鍵一步。
手術(shù)實(shí)施圖
本文筆者就這個(gè)話(huà)題展開(kāi)較為深入的論述，文中如有闡述不恰當(dāng)?shù)牡胤?，還請(qǐng)各位讀者多指正和擔(dān)待。
1961年，美國(guó)通用汽車(chē)公司的生產(chǎn)裝配線(xiàn)上出現(xiàn)了世界上第一個(gè)工業(yè)機(jī)器人（Unimate）的身影，主要用于替代人工完成相對(duì)危險(xiǎn)的任務(wù)，例如在裝配線(xiàn)上運(yùn)輸零件、給汽車(chē)焊接零件等。雖然這款工業(yè)機(jī)器人功能相對(duì)有限，但不得不說(shuō)這為機(jī)械臂在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用提供了參考思路。隨后的1963年，美國(guó)一家醫(yī)院設(shè)計(jì)了一款輔助行動(dòng)不便的病人移動(dòng)的機(jī)器人（RanchoArm），確切來(lái)說(shuō)，也不是嚴(yán)格意義上的智能機(jī)器人，是由6個(gè)環(huán)節(jié)組成的靈活機(jī)械臂。
汽車(chē)裝配
RanchoArm機(jī)器人雖然談不上對(duì)醫(yī)療領(lǐng)域的意義有多大，但從某種程度上來(lái)說(shuō)，其依然是機(jī)器人在醫(yī)療領(lǐng)域的大膽嘗試。
關(guān)于機(jī)器人最早的設(shè)想可以追溯到2000多年前，亞里士多德就曾有這樣一段描述，“若工具能夠預(yù)判人的想法，而且自然而然去做最合適的工作”。近代以來(lái)，隨著第三次工業(yè)革命的爆發(fā)，人們對(duì)機(jī)器人的設(shè)想越來(lái)越多，逐漸的也衍生出來(lái)工業(yè)機(jī)器人、服務(wù)機(jī)器人和特殊機(jī)器人三類(lèi)。
達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人
21世紀(jì)以來(lái)，隨著醫(yī)學(xué)成像和計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，醫(yī)療機(jī)器人開(kāi)啟了“遍地開(kāi)花”似的發(fā)展。但嚴(yán)格意義上的醫(yī)療機(jī)器人的歷史很短，只有30年左右的時(shí)間，1988年，人類(lèi)前列腺手術(shù)中首次使用PUMA560機(jī)器人，由此正式開(kāi)啟了醫(yī)療機(jī)器人時(shí)代。
很多人不解的是，如今醫(yī)學(xué)技術(shù)已相當(dāng)成熟，為何還要依賴(lài)醫(yī)療機(jī)器人又或者說(shuō)發(fā)展醫(yī)療機(jī)器人有何作用。
首先，醫(yī)療機(jī)器人可以提高診療效果。拿外科手術(shù)來(lái)說(shuō)，醫(yī)生憑借各類(lèi)醫(yī)學(xué)影像、臨床經(jīng)驗(yàn)和專(zhuān)業(yè)知識(shí)進(jìn)行術(shù)前準(zhǔn)備。在正式手術(shù)之前，醫(yī)生在腦海中會(huì)大致規(guī)劃出手術(shù)路徑，這對(duì)于微創(chuàng)手術(shù)來(lái)說(shuō)，挑戰(zhàn)極大。
醫(yī)學(xué)影像
因?yàn)橐揽咳四X面臨準(zhǔn)確率和風(fēng)險(xiǎn)性不足的問(wèn)題，但是手術(shù)機(jī)器人卻可以做的比人更好，原因很簡(jiǎn)單，后者依靠各類(lèi)先進(jìn)算法和智能傳感器，而且還具有實(shí)時(shí)成像功能，極大提高了對(duì)整個(gè)手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)的把控能力。
其次，提高手術(shù)的精度。在手術(shù)機(jī)器人的輔助下，手術(shù)精度大大提高，對(duì)于患者來(lái)說(shuō)，其創(chuàng)傷會(huì)更小，這對(duì)于術(shù)后患者快速恢復(fù)很關(guān)鍵。
綜上，手術(shù)機(jī)器人在醫(yī)療領(lǐng)域有不可替代的位置，而且隨著相關(guān)傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和機(jī)械臂的發(fā)展，可以預(yù)見(jiàn)的是未來(lái)醫(yī)療機(jī)器人將會(huì)發(fā)揮更大的作用。
手術(shù)進(jìn)行中
在醫(yī)療機(jī)器人領(lǐng)域，美國(guó)達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人處于綜合性能絕對(duì)領(lǐng)先的地位。
2006年，北京301醫(yī)院引進(jìn)了國(guó)內(nèi)第一臺(tái)達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人，在之后的很多年間，達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人在國(guó)內(nèi)幾乎沒(méi)有對(duì)手，相關(guān)技術(shù)對(duì)外嚴(yán)格保密，而且售價(jià)更是超過(guò)了2000萬(wàn)，時(shí)至今日，達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人依然處于相對(duì)壟斷的地位。
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達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人由美國(guó)IntuitiveSurgical公司于2000年研發(fā)成功，在此后的多年里，該手術(shù)機(jī)器人歷經(jīng)了三次性能改良，如今使用的是第四代達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人。相對(duì)于前幾代，在綜合性能上，有很大提升，例如其具備了更加智能的圖像處理功能，而且成像系統(tǒng)可以多角度轉(zhuǎn)換，真正實(shí)現(xiàn)“全方位、無(wú)死角”實(shí)時(shí)跟蹤。
達(dá)芬奇機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)在全球的裝機(jī)情況
根據(jù)最新的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)看，僅2020年，利用達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人完成的手術(shù)數(shù)量保守估計(jì)在120萬(wàn)臺(tái)以上，使用頻率更是達(dá)到了25.4秒。
達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人到底有何過(guò)人之處。首先是其強(qiáng)大的三維立體成像技術(shù)，該機(jī)器人通過(guò)兩個(gè)高清相機(jī)，可創(chuàng)建放大10倍的三維立體模型。美國(guó)在這方面有雄厚的技術(shù)基礎(chǔ)，因?yàn)殡p目立體視覺(jué)技術(shù)的發(fā)展就起源于美國(guó)，早在1963年的時(shí)候，麻省理工大學(xué)就進(jìn)行了相關(guān)方面的研究，而且取得了一定的技術(shù)突破。在10倍三維立體模型下，手術(shù)中便可以完成更精細(xì)化的操作。
達(dá)芬奇機(jī)器人機(jī)械臂活動(dòng)度示意圖
此外，強(qiáng)大的仿真手腕可以360°靈活穿行。在實(shí)際手術(shù)中，強(qiáng)大的機(jī)械臂可以完全復(fù)制人手的各種復(fù)雜動(dòng)作，機(jī)械臂上的器械頭可通過(guò)鑰匙扣大小的面積進(jìn)入人體組織進(jìn)而完成手術(shù)。
達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)專(zhuān)用器械
筆者認(rèn)為之所以達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人之所以能處于壟斷的地位，和其核心算法控制部分有很大關(guān)系，因?yàn)橄鄬?duì)來(lái)說(shuō)突破硬件方面的難度要小于軟件。
例如對(duì)手術(shù)機(jī)器人來(lái)說(shuō)最關(guān)鍵的手術(shù)環(huán)境感知性能，其說(shuō)白了就是圖像切割和識(shí)別能力，再結(jié)合智能算法進(jìn)行特征提取和顯示，然而類(lèi)似的算法有多種，如卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、隨機(jī)森林算法等，何種算法最佳、算法參數(shù)如何調(diào)整都是不小的難題。從一定程度上來(lái)說(shuō)，核心算法的性能決定了手術(shù)機(jī)器人的能力，但算法的突破難度較大，沒(méi)有長(zhǎng)時(shí)間的基礎(chǔ)性研究很難做到。
算法
回到文章開(kāi)頭，我國(guó)在浙江完成首例5G超遠(yuǎn)程機(jī)器人手術(shù)，從客觀(guān)角度來(lái)說(shuō)，此次手術(shù)的成功意味著我國(guó)在手術(shù)機(jī)器人方面的技術(shù)有了關(guān)鍵突破，其次，也說(shuō)明我國(guó)在遠(yuǎn)程通信數(shù)據(jù)傳輸方面強(qiáng)大的能力，因?yàn)檫@是構(gòu)建遠(yuǎn)程手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)的前提條件。
在遠(yuǎn)程手術(shù)方面，美國(guó)最早開(kāi)始進(jìn)行研究，而且在伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)中，已有所體現(xiàn)。當(dāng)時(shí)為了讓前線(xiàn)士兵第一時(shí)間得到救治，同時(shí)又盡最大可能保證醫(yī)生的安全，就開(kāi)創(chuàng)了所謂的“前線(xiàn)外科手術(shù)”。
四臂腔鏡手術(shù)機(jī)器人
此次我國(guó)5G超遠(yuǎn)程手術(shù)，其更大的意義在于打破以達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人為例的他國(guó)手術(shù)機(jī)器人對(duì)我國(guó)的技術(shù)壟斷。手術(shù)中使用的四臂腔鏡手術(shù)機(jī)器人在成像能力方面，采用三維電子高清視覺(jué)系統(tǒng)，同時(shí)具備力感告警能力，而且協(xié)助國(guó)內(nèi)眾多手術(shù)機(jī)器人完成高難度的手術(shù)。
麻省理工大學(xué)
在這里，筆者想說(shuō)的還有一點(diǎn)，為何美國(guó)能在眾多領(lǐng)域走在前面，筆者認(rèn)為最重要的一點(diǎn)是其在基礎(chǔ)性研究領(lǐng)域取得的成果，此外，大學(xué)的研究創(chuàng)新能力依然不能忽視，舉個(gè)例子，達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)的研制成功，麻省理工大學(xué)曾發(fā)揮了關(guān)鍵作用。隨著我國(guó)相關(guān)技術(shù)的逐步成熟，筆者相信未來(lái)一定會(huì)有性能更優(yōu)異的國(guó)產(chǎn)手術(shù)機(jī)器人問(wèn)世。
