人工智能-达芬奇机器人在医学中的应用

2023-02-17

21世纪是信息科技的时代,同时也是生命科学的时代。自从1956年Dartmouth学会上提出“人工智能”一词后,众多研究者纷纷投入其中,迅速发展了一系列重要的理论及科研成果。美国麻省理工学院的温斯顿教授是这样定义它的:“人工智能就是研究如何使计算机去做过去只有人才能做的智能工作。”在医学领域,它的出现使得某些连资深专家都难以胜任的手术变得精准而简单,这是计算机科技与生命科学碰撞出的火花,任何人都不曾想象机器人进入医学领域后是如此神气,它叫做达芬奇机器人。

1 达芬奇机器人的系统结构及特点

它身高1.8m,拥有“三头四臂”,身价超过2000万。所谓三头四臂,是指它拥有3个操作平台及4只机器手臂。具体来讲,它主要由3个平台组成:即手术医师操作的主控台,4只操作臂和手术器械组成的移动平台,三维成像视频影像平台。3个看似独立的平台在为病人实施手术时虽然各有分工、各司其职,却相辅相成、紧密关联。在工作时,主控台靠墙,是手术医师的操作平台,手术医师通过视频影像的观察作出判断,再操纵主控台发出命令;移动平台在病人身边,伸出的4只操作臂会在病人的身体中实施手术,按医生的指令行事;摄像平台是一个高大的视频车,它负责将手术视野放大、成像,在手术室内的多个屏幕上做“现场直播”[1]。

简单地说,达芬奇机器人就是通过现代化的各种技术手段,包括计算机技术、视频显微技术、远程通讯技术及现代医学技术等,将看似复杂的手术在精准的操作下顺利的完成。虽然它的4条机械手臂很庞大,却可将患者体内绿豆大小的胆结石精确地取出。

达芬奇机器人作为先进科技的代表,具有许多明显的优势。

1.1 微创手术

达芬奇机器人的出现结束了开放性手术的时代,它的最小创口只需要1cm,目前所使用的第二代机器人系统已经配备了5mm的操作器械以利于小儿外科方面的手术。目前研制的新一代的机械臂将进一步减小,并且具有更高的灵活度和舒适度[2]。微创手术的出现给病人带来了许多福音,患者术后疼痛减轻、恢复快、住院时间短,输血概率降低。另外由于病人体内完全由器械操作,使得术后感染的风险几乎降到零,这也受到很多患者的青睐。

1.2 安全稳定

理性的达芬奇机器人会根据操纵者的命令分毫不差的执行工作,相对于医生的手来说,机器人借助计算机系统能将生理震颤减小到最低,使得在进行血管复杂、空间狭小的手术时,机器人的机械手会精准的到达操纵者所要去的地方,并且角度灵活,优势明显。

1.3 清晰精确

借助高清摄像头和三维影像成像系统,在多个摄像机的视野中,操纵者可以更清新的看到手术部位的具体情况,以此做出明确的判断,提高了手术的成功率和精细程度。

2 达芬奇机器人在临床中的应用

从1985年名叫“美洲狮560”的机器人用于提高神经外科活检的精确度开始,到2000年FDA首先批准达芬奇机器人用于临床手术,短短的15年间机器人为我们的疾病治疗带来了新的途径。达芬奇机器人在临床的应用越来越广泛,很多科室都陆续借助到机器人帮助,为广大患者带来了福音,下面就从几个方面介绍近几年来机器人技术在临床中的应用与实践。

2.1 达芬奇机器人在心脏外科中的应用

达芬奇机器人最初是为心脏外科而设计的,目的是尽可能减小手术对心脏的创伤和危险。目前国内的达芬奇机器人数量并不多,解放军301医院首先在我国开展了机器人手术的先河,为我国及国际医学机器人的发展做出突出贡献。2007年301医院成功实施国内首例机器人不开胸心脏手术;2008年301医院完成世界首例“全机器人微创不开胸下室间隔缺损修补手术”,国内首家微创机器人心脏外科中心在301医院正式挂牌成立;2010年随着香港威尔士亲王医院心脏外科团队到301医院学习机器人技术,我国首家“机器人心脏外科培训中心”在301医院成立,这也标志着我国的医学机器人技术在亚洲已处于一流,在国际上也位于领先地位。

对于心脏病患者来说,传统的手术需要断开胸骨进行,机器人主刀微创心脏手术最大的好处,就在于避免了开胸带来的痛苦以及感染,而且,患者没有了常规手术切口瘢痕。术后疼痛轻微,在监护室的时间由原来的2~3d缩短到1d,患者第1天就可以下床活动,出血量、住院时间、术后恢复等指标明显优于常规心脏开胸手术。机器人心脏医生最擅长的是各种先天性心脏病、瓣膜病、房颤、冠心病、心包疾病、纵膈肿瘤等疾病的外科治疗。至今为止,已有上百位心脏病人接受过高科技机器人的治疗,几乎所有人都顺利恢复,没有并发症的发生。

2.2 达芬奇机器人在泌尿外科中的应用[3]

由于泌尿器官相对独立,并且血管与神经众多,情形与心脏较为相似。近几年在泌尿外科医生的努力钻研下,以前列腺癌根治术为基础的机器人辅助逐渐成熟,已经成为泌尿外科必不可少的手术方式。

在治疗前列腺癌方面,借助达芬奇机器人操作灵巧稳定,视野真实清晰的特点,神经血管束的保留容易,同时在结扎前列腺体、吻合尿道等步骤上可轻松完成多方向缝合,使得机器人手术相对于传统手术而言具有很多优势。传统手术一般是通过腹部做很大的切口,手术出血量大,风险高,愈合后的并发症也较机器人手术明显,有些还会影响病人的性生活。就目前而言,达芬奇机器人手术作为最佳手术方式已成为广大泌尿外科医师的共识。

在肾切除手术方面,达芬奇机器人具有很好的前景。肾部分切除术的关键是切除时对肾实质出血的控制及镜下缝合,对术者的分离及缝合技术要求较高。借助达芬奇机器人,可以更精确稳定的实施手术。在切除的过程中,达芬奇机器人可以很快的更换适合的止血器械,使得出血量减少,缝合牢固,术后出血的情况明显降低。

3 达芬奇机器人临床实践中存在的问题

3.1 无触觉

在医生借助机器人系统进行手术的时候,由于机械手不能完全代替人手,无法感知所用力度及器官的耐受度,不能及时的对机械手的位置及力度做出有效调整,使得病人会出现些许不适感。

3.2 安装操作复杂

一般1个达芬奇机器人需要2名医生来进行操作,1名主操作人,1名协助。虽然相对于传统手术而言,由于机器人的理性较强,达到相同的熟练程度,操作机器人系统会更快一些,但机器人系统的安装却非常复杂,导致无法在国内大规模迅速发展此技术,有关机器人手术的进展也很缓慢。

4 医学机器人技术的发展前景

未来的机器人技术无疑会给医学带来更大的好处,目前国际上对于医学机器人的研究主要朝向2个方面发展。

4.1 胶囊机器人

目前我国研发的胶囊机器人技术已经位居世界前列,胶囊机器人是通过吞咽的方式将微型的可探测和治疗的机器人送入胃肠道中,在胃肠道中主动探测病灶部位,将图片传出供医生诊断还可通过其将药物送达病灶部位。这种小的胶囊式的机器人可以到达胃镜、肠镜、十二指肠镜等所不能到达的盲区,并且减轻检查者的痛苦,受到了很多人的期待。