【上观新闻】手术机器人如头发丝,精准捕捉单个癌细胞,这位英国皇家工程院院士在沪新突破
2020-10-17 浏览( 来源: 
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现在传统的手术机器人实际上只是零级,正向一级迈进。 而二级机器人能够自动完成一些手术节点,比如自动缝合;三级机器人则会完成整个手术阶段,比如肿瘤切除的自动完成

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手术机器人的手,可以有多灵巧?当前,这双“小手”可以像两根头发丝一样“探囊取物”;而不久的将来,微米级的“机器指头”将进一步细到纳米级,精准捕捉哪怕一个单一的癌细胞。就手术机器人体积、成像、未来等,英国皇家工程院院士、上海交通大学医疗机器人研究院创始院长杨广中11日在沪提出“三问”。

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他透露,其团队开发的蛇形手术机器人用于消化道和肺部等,体积达到非常小的尺度,直径仅2到3个毫米,并且具有“超高清”影像功能。相比传统手术对于肿瘤边界的处理,这样的微手术机器人对于术中实时动态判断和早期病灶精准切除具有非常重要的意义。

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【问体积:单孔手术仅20多毫米小切口】

如今,越来越多的微创手术都用手术机器人开展,而“微创”将越来越“微”。从第一代宙斯系统、达芬奇系统,到眼下各种专科的手术机器人,更多走向了小型化、智能化。比如,目前美国大部分前列腺手术都通过机器人手段实施。

“现在达芬奇手术机器人过大、过重,耗材非常昂贵,”在上海交通大学医学院和中国研究型医院学会医工转化与健康产业融合专委会联合主办的第二届医学人工智能创新发展高峰论坛上,杨广中院士表示,手术机器人从原始的多孔发展到目前的单孔,今后会走向软体手术机器人。凭借单孔手术,可以更有效地通过20毫米或25毫米之间的一个小切口,让各种器械造成的创伤进一步减小减轻,对于病人术后愈合和康复十分有利。

事实上,众多癌症都源于人体内的自然腔道,包括乳癌、消化道癌等。对于腔道内的手术介入,开发出像蛇一样的“连续体机器人”,就能通过自然腔道有效达到病灶。“手术机器人今后能做得多小?”杨广中表示,现在在实验室已经能够达到纳米级,100纳米尺度已完全可以实现,这样的制造工艺就能够做出非常细微的结构。“现实中,手术机器人整体结构大小在60微米范围内,实际上只有头发丝的一半,能完全操控整个细胞。”

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【问成像:每个像素可达1到2微米分辨率】

在现场专家看来,手术机器人的结构集传感、影像以及其他驱动于一体,与机器部分的“细致入微”相配套,影像部分同样是“细入毫巅”。

“手术机器人的优点在哪里?”作为著名的帝国理工医学院汉姆林中心创立者,杨广中认为,首先就是解决了微创手术的一大痛点,一方面是人眼合一,在同轴上进行运动放大,并且在过程中因颤抖等一系列的手术精度损失得到更好增强;另一方面,可将术前和术中的医学影像融合,精准定义手术边界、肿瘤边界,可以说人工眼超越了人眼。

解放日报·上观新闻记者了解到,将来很有可能在体内的影像精度能够超过细胞级。而目前,杨广中团队在手术机器人成像方面,每个像素可达1到2微米,包括整个微循环也能看得见。不仅空间分辨率,还有时间分辨率。“如果我们现在达到每秒100到200多帧的影像速度,这对于临床医生的反应和判断是非常大的挑战,而人工智能则通过这些高速、高精影像,并结合传统实验室做的一些切片静态影像,实现术中辅助判断与操作。”

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【问未来:传统手术机器人只是6级中的0级】

与人工智能融合的手术机器人,到底会不会取代外科医生?根据杨广中团队对于医疗机器人自动化程度的定义,机器人可以分为6级。他认为,现在传统的手术机器人实际上只是0级,正向一级迈进。

而二级机器人能够自动完成一些手术节点,比如自动缝合;三级机器人则会完成整个手术阶段,比如肿瘤切除的自动完成;至于到了第五级,则完全可以达到全自动的功能。“从伦理和法律的角度看,达到第五级就有待我们探索,比如在产品论证方面究竟需不需要,”他说,“这级别至少在今后的20至30年不可能实现,但一到三级的手术机器人怎么样进行有效布局,在医工交叉方面应该多多进行探讨。”

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“医学人工智能的发展既面临着难得的历史机遇,也面临着不少风险和挑战,”上海交通大学医学院戴尅戎院士表示,例如政策法规不够健全,互联互通标准不够统一,运行机制不够完善等等,已经在一定程度上影响和制约着医学人工智能的应用推广和效能发挥。戴尅戎预期,再过20、30年,这个世界将成为一个人工智能普及人间的世界,“医学人工智能能够更好地为健康服务,更好为全人类的健康服务。”

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上海交大医学院党委副书记、副院长吴韬发现,2019年我国家智慧医疗行业投入规模已超880亿元,保守预测在2020年将突破千亿元。他说,“整个中国的这种投入乃至全球也是不可媲美的,相信在不远的将来中国人工智能+医疗定会在世界上独领风骚。”


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