人工智能-達(dá)芬奇機(jī)器人在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用

衛(wèi)寶華

（第三軍醫(yī)大學(xué)學(xué)員旅4隊(duì) 重慶 400030）

人工智能-達(dá)芬奇機(jī)器人在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用

衛(wèi)寶華

（第三軍醫(yī)大學(xué)學(xué)員旅4隊(duì) 重慶 400030）

通過對(duì)達(dá)芬奇機(jī)器人的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)的介紹,展示最新的臨床應(yīng)用實(shí)踐,對(duì)機(jī)器人技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的作用及前景作出判斷。

達(dá)芬奇機(jī)器人 微創(chuàng) 外科手術(shù)

21世紀(jì)是信息科技的時(shí)代,同時(shí)也是生命科學(xué)的時(shí)代。自從1956年Dartmouth學(xué)會(huì)上提出“人工智能”一詞后,眾多研究者紛紛投入其中,迅速發(fā)展了一系列重要的理論及科研成果。美國麻省理工學(xué)院的溫斯頓教授是這樣定義它的:“人工智能就是研究如何使計(jì)算機(jī)去做過去只有人才能做的智能工作?！痹卺t(yī)學(xué)領(lǐng)域,它的出現(xiàn)使得某些連資深專家都難以勝任的手術(shù)變得精準(zhǔn)而簡單,這是計(jì)算機(jī)科技與生命科學(xué)碰撞出的火花,任何人都不曾想象機(jī)器人進(jìn)入醫(yī)學(xué)領(lǐng)域后是如此神氣,它叫做達(dá)芬奇機(jī)器人。

1 達(dá)芬奇機(jī)器人的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

它身高1.8m,擁有“三頭四臂”,身價(jià)超過2000萬。所謂三頭四臂,是指它擁有3個(gè)操作平臺(tái)及4只機(jī)器手臂。具體來講,它主要由3個(gè)平臺(tái)組成:即手術(shù)醫(yī)師操作的主控臺(tái),4只操作臂和手術(shù)器械組成的移動(dòng)平臺(tái),三維成像視頻影像平臺(tái)。3個(gè)看似獨(dú)立的平臺(tái)在為病人實(shí)施手術(shù)時(shí)雖然各有分工、各司其職,卻相輔相成、緊密關(guān)聯(lián)。在工作時(shí),主控臺(tái)靠墻,是手術(shù)醫(yī)師的操作平臺(tái),手術(shù)醫(yī)師通過視頻影像的觀察作出判斷,再操縱主控臺(tái)發(fā)出命令;移動(dòng)平臺(tái)在病人身邊,伸出的4只操作臂會(huì)在病人的身體中實(shí)施手術(shù),按醫(yī)生的指令行事;攝像平臺(tái)是一個(gè)高大的視頻車,它負(fù)責(zé)將手術(shù)視野放大、成像,在手術(shù)室內(nèi)的多個(gè)屏幕上做“現(xiàn)場(chǎng)直播”[1]。

簡單地說,達(dá)芬奇機(jī)器人就是通過現(xiàn)代化的各種技術(shù)手段,包括計(jì)算機(jī)技術(shù)、視頻顯微技術(shù)、遠(yuǎn)程通訊技術(shù)及現(xiàn)代醫(yī)學(xué)技術(shù)等,將看似復(fù)雜的手術(shù)在精準(zhǔn)的操作下順利的完成。雖然它的4條機(jī)械手臂很龐大,卻可將患者體內(nèi)綠豆大小的膽結(jié)石精確地取出。

達(dá)芬奇機(jī)器人作為先進(jìn)科技的代表,具有許多明顯的優(yōu)勢(shì)。

1.1 微創(chuàng)手術(shù)

達(dá)芬奇機(jī)器人的出現(xiàn)結(jié)束了開放性手術(shù)的時(shí)代,它的最小創(chuàng)口只需要1cm,目前所使用的第二代機(jī)器人系統(tǒng)已經(jīng)配備了5mm的操作器械以利于小兒外科方面的手術(shù)。目前研制的新一代的機(jī)械臂將進(jìn)一步減小,并且具有更高的靈活度和舒適度[2]。微創(chuàng)手術(shù)的出現(xiàn)給病人帶來了許多福音,患者術(shù)后疼痛減輕、恢復(fù)快、住院時(shí)間短,輸血概率降低。另外由于病人體內(nèi)完全由器械操作,使得術(shù)后感染的風(fēng)險(xiǎn)幾乎降到零,這也受到很多患者的青睞。

1.2 安全穩(wěn)定

理性的達(dá)芬奇機(jī)器人會(huì)根據(jù)操縱者的命令分毫不差的執(zhí)行工作,相對(duì)于醫(yī)生的手來說,機(jī)器人借助計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能將生理震顫減小到最低,使得在進(jìn)行血管復(fù)雜、空間狹小的手術(shù)時(shí),機(jī)器人的機(jī)械手會(huì)精準(zhǔn)的到達(dá)操縱者所要去的地方,并且角度靈活,優(yōu)勢(shì)明顯。

1.3 清晰精確

借助高清攝像頭和三維影像成像系統(tǒng),在多個(gè)攝像機(jī)的視野中,操縱者可以更清新的看到手術(shù)部位的具體情況,以此做出明確的判斷,提高了手術(shù)的成功率和精細(xì)程度。

2 達(dá)芬奇機(jī)器人在臨床中的應(yīng)用

從1985年名叫“美洲獅560”的機(jī)器人用于提高神經(jīng)外科活檢的精確度開始,到2000年FDA首先批準(zhǔn)達(dá)芬奇機(jī)器人用于臨床手術(shù),短短的15年間機(jī)器人為我們的疾病治療帶來了新的途徑。達(dá)芬奇機(jī)器人在臨床的應(yīng)用越來越廣泛,很多科室都陸續(xù)借助到機(jī)器人幫助,為廣大患者帶來了福音,下面就從幾個(gè)方面介紹近幾年來機(jī)器人技術(shù)在臨床中的應(yīng)用與實(shí)踐。

2.1 達(dá)芬奇機(jī)器人在心臟外科中的應(yīng)用

達(dá)芬奇機(jī)器人最初是為心臟外科而設(shè)計(jì)的,目的是盡可能減小手術(shù)對(duì)心臟的創(chuàng)傷和危險(xiǎn)。目前國內(nèi)的達(dá)芬奇機(jī)器人數(shù)量并不多,解放軍301醫(yī)院首先在我國開展了機(jī)器人手術(shù)的先河,為我國及國際醫(yī)學(xué)機(jī)器人的發(fā)展做出突出貢獻(xiàn)。2007年301醫(yī)院成功實(shí)施國內(nèi)首例機(jī)器人不開胸心臟手術(shù);2008年301醫(yī)院完成世界首例“全機(jī)器人微創(chuàng)不開胸下室間隔缺損修補(bǔ)手術(shù)”,國內(nèi)首家微創(chuàng)機(jī)器人心臟外科中心在301醫(yī)院正式掛牌成立;2010年隨著香港威爾士親王醫(yī)院心臟外科團(tuán)隊(duì)到301醫(yī)院學(xué)習(xí)機(jī)器人技術(shù),我國首家“機(jī)器人心臟外科培訓(xùn)中心”在301醫(yī)院成立,這也標(biāo)志著我國的醫(yī)學(xué)機(jī)器人技術(shù)在亞洲已處于一流,在國際上也位于領(lǐng)先地位。

對(duì)于心臟病患者來說,傳統(tǒng)的手術(shù)需要斷開胸骨進(jìn)行,機(jī)器人主刀微創(chuàng)心臟手術(shù)最大的好處,就在于避免了開胸帶來的痛苦以及感染,而且,患者沒有了常規(guī)手術(shù)切口瘢痕。術(shù)后疼痛輕微,在監(jiān)護(hù)室的時(shí)間由原來的2～3d縮短到1d,患者第1天就可以下床活動(dòng),出血量、住院時(shí)間、術(shù)后恢復(fù)等指標(biāo)明顯優(yōu)于常規(guī)心臟開胸手術(shù)。機(jī)器人心臟醫(yī)生最擅長的是各種先天性心臟病、瓣膜病、房顫、冠心病、心包疾病、縱膈腫瘤等疾病的外科治療。至今為止,已有上百位心臟病人接受過高科技機(jī)器人的治療,幾乎所有人都順利恢復(fù),沒有并發(fā)癥的發(fā)生。

2.2 達(dá)芬奇機(jī)器人在泌尿外科中的應(yīng)用[3]

由于泌尿器官相對(duì)獨(dú)立,并且血管與神經(jīng)眾多,情形與心臟較為相似。近幾年在泌尿外科醫(yī)生的努力鉆研下,以前列腺癌根治術(shù)為基礎(chǔ)的機(jī)器人輔助逐漸成熟,已經(jīng)成為泌尿外科必不可少的手術(shù)方式。

在治療前列腺癌方面,借助達(dá)芬奇機(jī)器人操作靈巧穩(wěn)定,視野真實(shí)清晰的特點(diǎn),神經(jīng)血管束的保留容易,同時(shí)在結(jié)扎前列腺體、吻合尿道等步驟上可輕松完成多方向縫合,使得機(jī)器人手術(shù)相對(duì)于傳統(tǒng)手術(shù)而言具有很多優(yōu)勢(shì)。傳統(tǒng)手術(shù)一般是通過腹部做很大的切口,手術(shù)出血量大,風(fēng)險(xiǎn)高,愈合后的并發(fā)癥也較機(jī)器人手術(shù)明顯,有些還會(huì)影響病人的性生活。就目前而言,達(dá)芬奇機(jī)器人手術(shù)作為最佳手術(shù)方式已成為廣大泌尿外科醫(yī)師的共識(shí)。

在腎切除手術(shù)方面,達(dá)芬奇機(jī)器人具有很好的前景。腎部分切除術(shù)的關(guān)鍵是切除時(shí)對(duì)腎實(shí)質(zhì)出血的控制及鏡下縫合,對(duì)術(shù)者的分離及縫合技術(shù)要求較高。借助達(dá)芬奇機(jī)器人,可以更精確穩(wěn)定的實(shí)施手術(shù)。在切除的過程中,達(dá)芬奇機(jī)器人可以很快的更換適合的止血器械,使得出血量減少,縫合牢固,術(shù)后出血的情況明顯降低。

3 達(dá)芬奇機(jī)器人臨床實(shí)踐中存在的問題

3.1 無觸覺

在醫(yī)生借助機(jī)器人系統(tǒng)進(jìn)行手術(shù)的時(shí)候,由于機(jī)械手不能完全代替人手,無法感知所用力度及器官的耐受度,不能及時(shí)的對(duì)機(jī)械手的位置及力度做出有效調(diào)整,使得病人會(huì)出現(xiàn)些許不適感。

3.2 安裝操作復(fù)雜

一般1個(gè)達(dá)芬奇機(jī)器人需要2名醫(yī)生來進(jìn)行操作,1名主操作人,1名協(xié)助。雖然相對(duì)于傳統(tǒng)手術(shù)而言,由于機(jī)器人的理性較強(qiáng),達(dá)到相同的熟練程度,操作機(jī)器人系統(tǒng)會(huì)更快一些,但機(jī)器人系統(tǒng)的安裝卻非常復(fù)雜,導(dǎo)致無法在國內(nèi)大規(guī)模迅速發(fā)展此技術(shù),有關(guān)機(jī)器人手術(shù)的進(jìn)展也很緩慢。

4 醫(yī)學(xué)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展前景

未來的機(jī)器人技術(shù)無疑會(huì)給醫(yī)學(xué)帶來更大的好處,目前國際上對(duì)于醫(yī)學(xué)機(jī)器人的研究主要朝向2個(gè)方面發(fā)展。

4.1 膠囊機(jī)器人

目前我國研發(fā)的膠囊機(jī)器人技術(shù)已經(jīng)位居世界前列,膠囊機(jī)器人是通過吞咽的方式將微型的可探測(cè)和治療的機(jī)器人送入胃腸道中,在胃腸道中主動(dòng)探測(cè)病灶部位,將圖片傳出供醫(yī)生診斷,還可通過其將藥物送達(dá)病灶部位。這種小的膠囊式的機(jī)器人可以到達(dá)胃鏡、腸鏡、十二指腸鏡等所不能到達(dá)的盲區(qū),并且減輕檢查者的痛苦,受到了很多人的期待。

4.2 微型手術(shù)機(jī)器人[4]

這類體內(nèi)微型機(jī)器人主要由攝像頭和簡單的機(jī)械臂組成,經(jīng)腔鏡入路進(jìn)入腹腔,由體外裝置遙控運(yùn)動(dòng),力求提高傳統(tǒng)腹腔鏡下的圖像反饋和協(xié)助完成一些手術(shù)操作。

5 結(jié)語

科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步為人類的發(fā)展帶來了越來越多的便利,在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域,未來的機(jī)器人系統(tǒng)會(huì)將手術(shù)帶入一個(gè)微創(chuàng)的時(shí)代。隨著機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)、內(nèi)窺鏡系統(tǒng)、體內(nèi)微型機(jī)器人系統(tǒng)的相互借鑒和融合發(fā)展,醫(yī)學(xué)機(jī)器人技術(shù)一定會(huì)有質(zhì)的突破,這也同時(shí)會(huì)促進(jìn)其他領(lǐng)域的研究發(fā)展,為人類帶來新的福音。

[1]陶寶瑩.神奇的達(dá)芬奇機(jī)器人[J].首都醫(yī)藥,2009.

[2]金訊波,張棟,夏慶華.機(jī)器人輔助技術(shù)的未來及展望[J].山東醫(yī)藥,2009.

[3]蔣紹博,王慕文,王正.達(dá)芬奇機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)在泌尿外科手術(shù)中的應(yīng)用[J].山東醫(yī)藥,2009.

[4]蔡秀軍,甄世慧.外科機(jī)器人的研究進(jìn)展及臨床應(yīng)用[J].腹部外科,2009.

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1674-0742(2010)08(c)-0189-02

2010-06-02