“手術時間一長,,醫(yī)生難免會手抖,。手術機器人能夠過濾抖動,,避免給患者帶來的威脅,?!北本┖湍兰裔t(yī)院醫(yī)生朱剛坐在電腦邊,,回放自己操作達芬奇機器人完成的手術:兩只微型機械臂從腹部小孔進入患者腹腔內,,切除腫瘤,。
與完全自動化的工業(yè)機器人不同,,達芬奇依然需要醫(yī)生來操作?;颊咛稍谑中g臺上,,朱剛坐在機器人控制臺上,緊盯著成像系統(tǒng),,這個系統(tǒng)可以清晰地將手術部位放大數倍,,左右手分別操縱著控制臺上的兩個手柄,再輔以腳下的控制踏板,,指揮機械臂完成手術,。
自1996年問世以來,在過去20年的時間里,,達芬奇經過幾代更迭,,一度成為醫(yī)療機器人的代名詞。如今,,更多類型的機器人開始出現,,在各個醫(yī)療環(huán)節(jié)輔助醫(yī)護人員更好地完成工作。
目前的醫(yī)療機器人市場中,,歐美企業(yè)占據了主要的市場份額,。中國醫(yī)療機器人仍處于研發(fā)或臨床試驗階段,還未實現醫(yī)療機器人產品規(guī)模化,,在醫(yī)療機構的普及率也較低,,但正努力趕上。
手術機器人先行
早在1985年,,美國洛杉磯醫(yī)院的醫(yī)生在Puma560工業(yè)機器人輔助下完成了神經外科腦部活檢手術,,這是首次將機器人技術運用于外科手術中。
此后醫(yī)療機器人發(fā)展出諸多種類,。北京航空航天大學機器人所王田苗院士團隊曾撰文介紹,,將已經上市的醫(yī)療機器人按照功能和用途分為若干類,包括神經外科機器人,、骨科機器人,、腹腔鏡機器人、血管介入機器人,、假肢和外骨骼機器人,、輔助康復機器人、醫(yī)院服務機器人和膠囊機器人等,。
達芬奇是商業(yè)化最為成功的醫(yī)療機器人之一,,主要用于心臟外科、泌尿外科,、胸外科,、肝膽胰外科、胃腸外科,、婦科等相關的微創(chuàng)腹腔鏡手術,。和睦家醫(yī)療CEO李碧菁早年參與將達芬奇引入中國。她告訴記者,,截至2016年二季度,,全球已經配置達芬奇超過3700多臺,其中2474臺配置在美國,,歐洲和亞洲緊隨其后,,完成手術數百萬臺。
達芬奇機器人由三部分組成,,醫(yī)生操作系統(tǒng),、三個器械臂和一個鏡頭臂組成的床旁機械臂系統(tǒng)、三維視頻成像系統(tǒng),。在手術過程中,,朱剛只需要操作手柄,,控制機械臂進入腹腔中進行手術,;成像系統(tǒng)提供如同開放直視效果的高清三維手術視野,幫助他進行判斷。
朱剛和很多外科醫(yī)生能夠舉出達芬奇的一系列優(yōu)點,。在機器人輔助下,,醫(yī)生可以坐著進行手術,舒適的坐勢有利于長時間復雜的手術,,是對醫(yī)生身體的解放,。北京理工大學智能機器人研究所博士李浩源介紹,機器人的操作精度由計算機控制,,從而過濾因勞累導致的醫(yī)生手部抖動,,減少手術風險。
在機器人協助下,,朱剛一個人就可以完成此前一整個電視腔鏡手術團隊的大部分工作,,可以節(jié)約更多的人力。
此外,,醫(yī)生借助機械臂進入腹腔進行手術,,避免與患者的直接接觸,減少感染風險,;而且手術切口較小,,患者恢復時間自然更快。
截至目前,,中國已經配置60臺左右達芬奇機器人,,主要分布在一線城市和大型醫(yī)院。由于大型設備采購監(jiān)管放開,,一些沿海發(fā)達地區(qū)省會和地市級三甲醫(yī)院也正計劃采購手術機器人,。
朱剛自己經歷過腹腔鏡手術對開放式手術的替代,從而對機器人手術頗為看好,。在他看來,,只要對機器人的操作熟練,可以把更多的手術交給機器人來完成,,同時,,醫(yī)生能夠不斷提升手術速度和精度?!拔覀儸F在使用機器人進行前列腺癌手術,,耗費時間少于開放式手術?!彼f,。
李浩源指出,腹腔鏡手術機器人一枝獨秀有其特殊性,,腹腔內部器官生理解剖知識積累較多,,腹腔內部相對活動空間加大,,承受機器人外部干預幅度較大,風險相對較小,。
主要針對腦部的神經外科機器人恰好形成鮮明對照,。王田苗指出,“目前上市的神經外科機器人大多采用術前醫(yī)學圖像導航的方式對機器人進行引導定位,,腦組織在手術過程中會因顱內壓力變化而發(fā)生變形和移位,,不可避免地引起定位誤差?!倍X組織太脆弱,,不能承受過度的外部侵入,誤差意味著風險,。因此,,神經外科機器人在輔助手術操作過程中,需要醫(yī)生結合醫(yī)學影像反復調適,,成為一個需要突破的瓶頸,。
智能化趨勢
2016年8月,IBM宣布其研發(fā)的智能認知系統(tǒng)沃森(Watson)進入中國,,將與國內21家醫(yī)院進行合作,,幫助醫(yī)生為腫瘤患者制定更好的個性化治療方案。
沃森在醫(yī)療方面的應用,,基于其強大的認知學習能力,,通過對醫(yī)學文獻進行打分與評級,并迅速整理患者的醫(yī)療記錄,,借助海量數據分析,,幫助醫(yī)生為患者提供高質量、個體化的循證癌癥治療方案,。
作為一個成功案例,,沃森8月幫助一位日本女性患者診斷出了罕見的白血病類型。這名患者出現身體不適后,,醫(yī)生最初診斷為急性骨髓性白血病,。在使用藥物治療數月之后,病情非但沒有得到緩解,,甚至出現惡化,,一度出現意識不清。于是,,東京大學醫(yī)科學研究所嘗試引入沃森進行輔助診斷,。
沃森在分析前述患者的遺傳信息的基礎上,迅速比對2000萬份癌癥研究文獻,,給出反饋:病人可能患有一種罕見的白血病,。這一結果也得到醫(yī)學專家的認可,。IBM宣稱,沃森完成診斷過程僅用時10分鐘,。
此前,,研究者將醫(yī)學指南,、教科書等權威文獻結構化形成數據庫,,開發(fā)出早期醫(yī)療輔助診斷系統(tǒng)。醫(yī)生在上述診斷系統(tǒng)中檢索患者癥狀,,系統(tǒng)則根據輸入癥狀反饋出癥狀對應的各種潛在疾病,,并給出相應的診療建議甚至用藥建議。
不過,,在早期輔助診斷信息系統(tǒng)研發(fā)中,,不斷增長的醫(yī)學知識和文獻無法迅速低成本進入數據庫;患者的聲音,、圖像,、行為等非結構化數據無法被早期輔助診斷系統(tǒng)吸收。
機器學習技術為輔助診斷帶來了革命性的變化,,沃森就是代表,。通過學習美國一家腫瘤醫(yī)院百年間癌癥治療病例,沃森形成自己的邏輯框架,。0它還吸收了超過300份醫(yī)學雜志,、200余種教科書,以及1500多萬頁資料中的信息,。而且,,沃森還能從患者數據中提取關鍵詞,與海量的數據比對,,篩選潛在的診療意見,。
服務機器人崛起
根據第三方咨詢機構中投顧問提供的數據。2014年全球醫(yī)療機器人的銷量為1224臺,,與2004年全球醫(yī)療機器人銷量為386臺相比,,年復合增速達12.2%。截至2016年1月,,全球醫(yī)療機器人行業(yè)每年營收達到74.7億美元,,至2020年,醫(yī)療機器人規(guī)模有望達到114億美元,。其中,,手術機器人占60%左右市場份額。
中國研究機構自上世紀90年代開始跟蹤醫(yī)療機器人研發(fā),,在國家科研經費支持下均有相應成果,。
典型的如北航和海軍總醫(yī)院聯合研制神經外科手術機器人,,獲得了藥監(jiān)部門認證,已經完成了幾千例臨床手術,。
此外哈工大在腹腔鏡,、骨科、介入手術等領域開展研究,,中科院自動化所,、沈陽所、深圳院等在血管介入,、骨科等領域開展研究,,北京理工大學在軟組織穿刺、顱頜面外科等領域開展研究,,取得了一系列的成果,。
不過,在現有國內條件下,,一些業(yè)內人士更看好醫(yī)院服務機器人,。福建一家兒童醫(yī)院引入導診機器人,在醫(yī)院內部沿著設定路線來回運動,,引導患者辦理業(yè)務和找到診室,。上海浦東部分醫(yī)院也在2015年引進遠程醫(yī)療機器人。機器人平時在院內來回移動,,配合內置電腦和360度旋轉攝像頭觀察記錄患者情況,,甚至可以幫助記錄患者一些基本體征信息。醫(yī)生即使不在院內,,也可以遙控機器人與患者溝通,,甚至還可以遠程指導醫(yī)務人員護理患者。
此外物品運輸機器人和藥房服務機器人,、康復輔助機器人都屬于服務機器人,。
隨著減速器、電機,、驅動器等核心零部件價格大幅降價,,機器人的整體價格大大回落。工業(yè)機器人附加醫(yī)院內不同場景設計,,基本就能勝任醫(yī)院內大量簡單重復的工作,。這些工作過去在醫(yī)院內部耗費大量人力。
李浩源表示,,“工人一年的工資就足夠購買一個機器人,,而且使用壽命也不短”,現在有越來越多的國內企業(yè)進入機器人研發(fā)制造領域,。
隨著機器人概念興起,,國內資本開始盯上這一領域,,正在尋找各種機器人創(chuàng)新項目。
中投顧問發(fā)布報告認為,,2016年4月,,工信部、發(fā)改委,、財政部等三部委聯合印發(fā)了《機器人產業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2016-2020年)》,,將引導中國機器人產業(yè)快速健康可持續(xù)發(fā)展,醫(yī)療機器人政策長期利好,。同時,,由于政府醫(yī)療投入加大,,醫(yī)療系統(tǒng)重組和人們對微創(chuàng)手術意識加強,,未來醫(yī)療機器人市場重心將逐漸往亞洲市場轉移,中國醫(yī)療機器人發(fā)展前景可觀,。
離大規(guī)模應用還有多遠
隨著全球機器人產業(yè)的爆發(fā)和精準醫(yī)療概念的興起,,醫(yī)療機器人也越來越受到關注,并被列入國家規(guī)劃,。
高端醫(yī)療器械發(fā)展被明確列入了“十三五”規(guī)劃,,手術機器人更是進入了高端裝備創(chuàng)新工程,重點推動關鍵零部件的自主化,。
除了政策支持,,業(yè)內對于國內市場需求持樂觀態(tài)度。在相關人士看來,,隨著中國的老齡化趨勢進一步加大,,各類慢性病、退行性疾病,、惡性腫瘤等疾病的發(fā)病率也隨之升高,,與之相對應的醫(yī)療器械需求也會快速上升,從而推動市場發(fā)展,。
但是,,國內大多數的高端醫(yī)療機器人技術仍然處于研究階段,距真正的大規(guī)模應用尚有距離,。
因為醫(yī)療機器人具有特殊的應用場景,,且動作的對象是人體,所以保證其安全性是首要要求,。比如,,手術機器人作為介入人體、控制最為嚴格的三類醫(yī)療器械,,在真正銷售之前還面臨嚴格的審批注冊流程,。2014年2月7日,,國家食藥監(jiān)總局發(fā)布《創(chuàng)新醫(yī)療器械特別審批程序(試行)》,打開創(chuàng)新醫(yī)療器械特別審批的“綠色通道”,,以達到鼓勵國內醫(yī)療器械創(chuàng)新,,避免同質化、低水平競爭,。但是,,進入審批通道或是通過審批的產品還屬鳳毛麟角。
除去安全性,,還有一系列問題需要解決:產品是否滿足了醫(yī)生的臨床需求和使用習慣,?能否更好地提高治療效率?會不會增加患者的使用成本,?等等,。
以沃森為代表的人工智能技術運用于醫(yī)療領域,也面臨著機器學習的數據如何統(tǒng)一和標準化的問題,。即使在機器學習研發(fā)走在前列的美國,,患者的生活習慣數據、門診數據,、治療數據等依然分散在不同機構,,很難被整合成統(tǒng)一、可消化的格式,,這大大限制了機器學習的素材來源,。這樣的問題在中國更為突出,醫(yī)院內部不同科室,、同一地區(qū)不同機構間,,醫(yī)療數據無法連通,甚至數據標準化也沒有統(tǒng)一,。
人工智能輔助診斷系統(tǒng)跨語言跨國家使用,,還需要面對語言翻譯、醫(yī)療法律適用性等現實問題,。而且,,醫(yī)療專家和機器學習專家并不屬于同一領域,機器學習要獲得醫(yī)學界認可,,還需要相當長的時間,。
此外,得到最廣泛應用的達芬奇機器人的售價高達數百萬美元,,使用者還要承擔昂貴的維護和使用成本,,它的機械臂使用壽命只有10次,超過后需要更換。因此,,患者要承擔的費用比傳統(tǒng)手術貴出兩三萬元,。而機器人手術費用尚未納入醫(yī)保范疇,這令大部分患者望而卻步,。
國內的同類產品上市后,,可能會在價格方面更具競爭優(yōu)勢,天津工業(yè)大學聯合國內多家機構研發(fā)的腹腔鏡手術機器人,,正在申請醫(yī)療器械注冊,。研發(fā)者在前期市場宣傳中,即以達芬奇為假想敵,,并透露未來價格將是達芬奇的三分之一到二分之一,。