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分类: 工业

“那些将改变世界的机器人”系列之五:更好或更坏的机器人医生

巴黎高科评论 / 编辑 / 2014-10-23

机器人是一种能够无限重复相同操作的机器,不知疲倦,从不犯错。正因如此,它们正悄无声息地加入人类社会经济生活地诸多领域,将略欠可靠度又贵价的人力取而代之。医学界亟需机器人,尤其是进行外科手术时。机器人能够在杂乱的环境中保持精准操作,减少医生与病患的风险。

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机器人具有很强的手术能力。美国Intuitive Surgical公司出品的旗舰型达芬奇手术系统,共有七个自由度,比传统的临床用内窥镜的五个极限自由度还要多出两个。机器人关节的灵活度不论是在纵向或横向移动上都模仿了人类的腕部动作。机器能在切口不超过1厘米的情况下帮助医生完成复杂的重建术,使手术能力实现了又一个突破。

达芬奇手术系统

迅速扩张的市场

外科手术机器人市场的成长值得关注。《华尔街日报》曾经进行过一次调查,题为“机器人手术的利与弊”。2000年,全球有大约1000例外科手术都是在机器人的辅助下完成的,2011年,这个数字为36万,而到2102年达45万。市场研究咨询公司 Wintergreen Research认为,这些机器已经为美国带来了总值32亿美元的全球收益,到2019年可达199.6亿美元。一些市场已经相当成熟,美国80%的前列腺手术过程中都有机器人从旁协助。其他市场则方兴未艾。在法国,前列腺手术的机器人使用比率仅为20%。

目前医用机器人市场基本分成两块:一类主要通过成像技术帮助做手术的外科医生,如一家位于蒙彼利埃的法国公司生产的Rosa机器人;另一类器械主要帮助提高手术过程中的精度。比如达芬奇手术系统从2003年开始一直被专用于腹腔手术,随后也多见于前列腺癌手术。达芬奇手术系统的制造商Intuitive Surgical公司因长期占据垄断地位,获利颇丰。然而,2014年时随着多项专利技术的放开,多家位于加拿大、韩国和意大利的公司开始受益。当然,任何要做这门生意的公司,必备的先决条件是丰富的机器人生产经验。

本官方批准使用Cyberknife(由Accuray公司生产)等高级医学机器也助推了外科手术机器人市场态势的飙升。这种机器人能够通过使用精确聚焦束进行无创肿瘤破坏手术。由Hansen Medical公司研制的Sensei机器人则可以在心脏手术之前协助插入导管。也许我们对2001年一起名为“Lindbergh”的手术还记忆犹新。这起手术屡次登上多本科学期刊的头版。医生距离手术台上的病人遥遥8000公里,却借助跨大西洋超高速信息传输通道,远程操作机器人完成了手术。

模拟

机器人可以模拟手术模拟过程,达到训练目的。最新的机器人能够根据病人身体指标参数重新调校。名古屋大学的教授、机器人微系统、微感应与微驱动专家福田敏男发明了一个血管内微型手术模拟器,在业内独树一帜。他的血管外评估器能够扫描并记录病人器官,重建血管开口,精度很高。通过3D打印机,使用硅橡胶制作模拟模型,再装上体液控制器,模拟病人血液循环。有了模型,医生可以进行模拟手术,直到满意。医生通过操纵装置仪盘导入相关参数,确保拥有半自主权的机器人能够安全手术。这就是所谓的“即时术前模拟”。

虚拟现实模拟器与真实现实模拟器之间存在本质性差异。因此,在现实的训练过程中也可能犯错。但要纠正这些错误、避免给病人带来任何后果也是有可能的。通过机器人手术仪器,外科医生可以得到病人的立体体内图。机器人自己也能分毫不差地主刀手术。总体来看,机器人手术的好处纷繁多样:医生可以舒服地坐在操作台旁上手术、手术台的视野更开阔、医生手部抖动带来的风险也可以剔除。另外,机器人系统还能以1000次/秒的速度分析外科医生的手部动作,加上了一层双保险。即使已经达到这么高的精度,仪器还能够放大动作监控。比如说,当医生的手部移动1厘米,机器仅会挪动1毫米。

机器人也能通过新方法对实习医生进行培训。培训工作在医学界一直比较难做,使用机器人能加速训练过程。来自日内瓦大学医院的弗朗斯瓦·皮尤金医生和他的同事发现,如果在主手术台旁再多加一个次手术台,让医生在术中进行双重控制,有助改善各种手术的学习曲线。实习医生可以在手术过程中接受导师的培训,使学习曲线更平缓,也不会给手术台上的病人带来风险。有了机器人外科这种新技术,新手医生便不会放过任何一个接受培训的机会。

微创

迷你机器人是心脏手术中的主心骨。传统的心脏搭桥术,要把病人的胸腔打开,胸骨暴露,创伤极大。病人术后要康复1-2周才能重新行走,胸骨也要三周的时间才能复合。将一只大小为1-2毫米的机器人工具通过导管插入体内,能够达到同样的手术效果,但对病人来说,胸腔却只需接受三个小切口便可,术后当天就能出院。

在微创手术领域,大量的机器人都安装了成熟的磁场控制设备。这些机器人可用于检查具体的身体器官(眼部、耳部、腹部、心脏、大脑和血管系统),品种多样、潜力无限。它们能进行体内送药、诊断性成像、移植手术、活体组织切片以及组织移除等。背后的原理非常复杂多样。某些机器人能够在人体血管内顺着体液“游泳”,另一些则借着细菌在人体内行动。

在进行一些诸如前列腺切除术这样比较复杂的手术时,医生必须非常小心地处理前列腺附近的神经,在治疗癌症的时候则要避免病人因手术出现勃起障碍等问题。有了微创手术就锦上添花了。但是,除了这些眼花缭乱的技术优势,机器人还带给了我们什么呢? 首先当然是病人住院时间的减少以及医院更好的成本管理。

也正因此优势,外科手术机器人的需求节节攀升。病患不用忍受伤疤组织带来的煎熬,术后痛感大幅减少,住院时间也缩短了,允许病人更快投入日常社交与工作,帮助政府医疗行业节省开支,造福全社会。虽然微创设备成本昂贵,但这种高支出也是暂时性的,与每天1500欧元的住院费相比,微创手术只要求病人在医院里进行三天的术后留院观察,成本大大降低,完全能够填补购买机器的支出。微创手术还能解决传统手术常常引发的术后并发症如疝气——医生需要在病人身上切开一个大口子,使体腔暴露在外。大约15%的病人会受到该并发症的影响,必须重新接受手术。病人体内会留下补片,可能带来相当严重的后果:如果病人此前是体力劳动者,那恐怕术后就要另谋出路了。

未来将何如发展?

目前,购买一个达芬奇型号机器人要花150-200万美金,而一台Medtech公司出品的Rosa机器人也要35-34万欧元。除了购入机器人的这笔支出,还要考虑维护费用(约12万欧元/年)。技术迅猛发展让机器人系统需要快速升级,这些都是不小的支出。这些投资能带来多少确确实实的经济利益还不得而知:操作机器人会提高手术室运作成本、雇佣专业技术人员控制仪器、进行技能培训、手术时间也会更长。我们正迎来文化范式的改变,需要花上一段时间去适应。使用新一代的仪器和工具需要一支训练有素的医疗团队。我们还要考虑到基础型机器人所需特殊辅助工具的成本,可能会为每次手术带来4000欧元的额外支出。有些医院甚至还打算用3D打印技术,自行印制这些工具。另外,为了提高投资回报比,可能发生辅助工具过度使用的情况。

Rosa机器人

 

此外,使用此类机器也确实一定程度的风险。我们常听到一些批评的声音:机器人虽然能够按倍数放大/缩小医生的手部动作,但没有安装触力感应器的机器人很有可能伤及病人的身体部位及器官,医生却无法发觉。当迷你安装处理感应技术成熟之后,外科医生能够接受到一些重要信息,比如他正对这一块组织施加怎样的物理破坏力,并且在进行开膛手术时,感受与施加在病人器官上相似的力。即使今天最复杂精妙的机器人也无法做到这点。

《医保质量周刊》曾公布过一份调查,从2000年至2012年,因在手术中使用达芬奇机器人导致的事故高达上千起,另外研究发现,这还不包括那些失败或未公布的手术。有些手术后果让人咂舌。《纽约时报》曾于2009年报道,一名30岁的美国妇女患有子宫内膜异位。在接受机器人辅助手术后10天,她被送入了急诊室。医生这才发现她的结肠与直肠在术中都受到了损伤。她必须要接受包括结肠造口术在内的一系列新手术才能修复这一损伤。

手术中使用机器人技术相较传统手术有一些优势,至今还没有任何独立研究对此进行过评估。机器人的兴起更多程度上要求外科医生都要通过难度更高、耗时更长的培训课程。我们也无法估量一旦在手术中放弃使用机器人会对医生带来怎样的损失。这种特殊训练可能都没有一套标准化的课程模式。课程会受到医院本身、财力、空间、时间等其他一系列限制因素影响,病患发现做选择时越来越难。最后,这个行业的垄断特点,也不利于提高行业透明度。