“精准外科”：借助人工智能、虚拟现实、机器人等技术的应用

文 李惠钰

不开胸、不开腹，通过几个孔道就可完成手术，在首届中国国际进口博览会上，达芬奇手术机器人成为“网红”，全国21家三甲医院就其达成总额超过6000万美金的采购意向。

手术机器人在临床领域的应用，将外科手术推向一个更加精准的新高度。“通过人工借助机器，帮助医生在传统手术触达不到的一些精准的、细小狭窄的空间里做更精准的手术，达到了外科手术非常高水平的阶段。”北京医院副院长许锋评价道。

早在2006年，中国工程院院士董家鸿首次在国际上提出“精准外科”的理念，现如今，借助人工智能、虚拟现实、机器人等技术的应用，精准外科驶入追求极致的快车道。

外科手术的“精”与“准”

精准外科必须要做到“精”和“准”，先进的科学技术就是外科医生最得力的助手。

“精准外科就是要把所有的肿瘤、所有的坏组织切除干净，但又要保留所有正常的组织。实际上这两块本身就有矛盾，但正是因为这一矛盾，奠定了我们在精准外科会不断地追求极致。”上海长海医院泌尿科副主任任善成从外科医生的角度，对外科手术精准化作出阐述。

他认为精准外科离不开高科技的帮助，比如，在判断某个组织是否为癌细胞时，过去医生是根据自己的经验用肉眼去看，现在多光子显微镜几秒钟就可以给出答案；针对前列腺癌，过去多采用冷冻、超声能量、激光等办法治疗，现在采用具有组织选择性的不可逆电穿孔的新方法，可以只杀死癌细胞，对周围的正常细胞，包括神经细胞几乎没有任何损伤。

除了精准化，首都医科大学附属北京佑安医院普通外科中心副主任医师曾道炳告诉记者，微创化是当前外科发展不可逆转的浪潮，更是21世纪外科的升华，因为它更符合患者的最高利益。微创手术与传统手术比较，具有创伤小、恢复快等众多优点，在技术上已逐步覆盖到外科学各级学科。

而提起外科微创化就不得不提手术机器人的应用，“达芬奇”就是典型代表，它相当于赋予了外科医生一双360度自如运动的手和一双高清放大镜般的眼睛，使医生能将微创技术更广泛应用于复杂的外科手术中。

与传统微创技术相比，机器人手术具有多项优势。在精确性方面，手术视野可放大10倍以上，能为主刀医生呈现患者体腔内三维立体高清影像，极细小的血管也能一目了然，同时手术器械还可以模拟人手腕的灵活操作，滤除不必要的颤动，超越了人手的精确度。

“外科近几十年来追求的就是把手术做到微创，让患者花非常少的代价把疾病治好，同时还要把手术做得更精准。在这一追求过程中，机器人大概是目前唯一有效的解决办法。”在近日召开的世界健康科技创新论坛上，上海交通大学医学院附属瑞金医院副院长沈柏说。

神经外科的医生在神经导航辅助下经口咽入路成功切除罕见斜坡肿瘤

虚拟现实提高手术安全性

手术机器人的应用可以极大程度地减小创口，减轻病人的痛苦。然而，这种手术方法虽然给病人带来福音，却对医生提出了更高的要求。

以目前流行的腹腔镜微创外科手术为例，这种手术通过在病人的腹部开孔，将手术器械和摄像头深入腹腔内，医生从电脑屏幕上观察腹腔状况并操作手术器械，因为视野受限，医生必须对脏腑内的器官组织十分熟悉，方能在小洞内操作避免失误。

曾道炳以肝胆外科为例称，腹腔镜下胆道手术、肝切除、脾切除，甚至胰十二指肠切除术等均成为目前肝胆外科的主流术式。与传统手术比较，腹腔镜手术使得器械以及切割、分离、结扎、止血等基本操作发生根本改变，传统手术中专家指导的作用也开始减弱。

“腹腔镜手术中只有操作者自身才能感知二维显示器上的三维感知能力和手眼运动协调能力，传统的‘手把手’及时纠错的教学方式在腹腔镜手术中的作用减弱。”曾道炳表示，这也使得手术技能培训方式发生改变，而虚拟现实技术应用于医学培训、手术训练等方面，会起到不可替代的重要作用。

虚拟现实技术具有多感知性（指感知视、听、触、嗅味等多种信息的能力）、沉浸感（指操作者会暂时与外部环境脱离而融合到“虚拟世界”中去）、交互性（指操作者可以通过三维交互设备从内到外或从外到内与虚拟现实系统进行实时“对话”）、自主性（指虚拟现实系统中的个体可以按照各种模型和规则自主运动）。

曾道炳表示，随着虚拟现实技术软、硬件的不断发展，目前国际上已出现了不少基于虚拟现实的手术训练系统，如食管镜手术模拟训练系统、神经外科手术训练模拟系统等。结果表明，模拟器不仅能提高新医生的手术操作技能，而且对有经验的医生也有帮助，可使其把新的手术技术应用于临床之前的反复模拟训练，从而防止医疗差错的发生。

世界领先的达芬奇手术机器人亮相进博会

近日，西安市第三医院就挂牌成立了全国首家肿瘤虚拟现实技术精准诊疗基地，全面应用混合现实技术进行术前评估以及术中监测，极大地提高了手术安全性。

西安市第三医院医务部部长张达介绍说，医生可以借助虚拟现实技术进行手术规划及操作，当手术不确定时，可通过虚拟影像进行比对，避开重要组织与血管，大大降低手术风险，提高临床医学诊断、治疗的技能和精度，使得高难度手术得以更快地普及。

人机协作是未来趋势

外科手术非常复杂、困难，特别是肿瘤外科，并发症发生率平均达到20%至30%。在沈柏看来，用微创的手段，达到和开腹手术同样的根治效果，这是一个负责任的外科医生必须考虑的。

那么，如何帮助外科医生实现更精准的外科手术？在直观医疗首席执行官古萨特看来，首先要开发一些智能技术，帮助外科医生实现目标，不是替换这些医生，而是实现人机协作。

“机器学习和大数据的时代已经到来，而机器人体系能搜集大量的数据，所以能更好地告诉我们外科手术过程的方方面面，使这些技术、手段能很好地被我们所用，更好地服务外科医生。”古萨特说。

美国约翰斯·霍普金斯大学计算机集成手术系统和技术研究中心主任罗素·泰勒此前也在接受媒体采访时表示，坚实的基础知识以及大数据的使用都能帮助解决实际问题，但机器学习面临的一大挑战就是人机交互——人类和机器之间的沟通理解，并不如人类与自己的同类沟通那么顺畅。因此，技术发展需要考虑，人类如何清楚明晰地告诉机器人类想做的事情，以及机器如何值得信赖地完成人类所想做的事情。

“工程师必须通过和真正需要医疗机器人的终端用户（如医生）一起工作，理解他们的问题，才能考虑如何解决问题。”罗素·泰勒认为，“未来我们更需要机器人对于所实施任务及对象（患者）的更精准的理解。”

另外，自动化也是未来手术机器人发展的必然趋势。随着人工智能技术的引入，机器人自动化程度不断提高。“机器人会变得越来越聪明，越来越理解医生想让它干什么、它怎么更好地执行。”罗素·泰勒说。