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嘉峪檢測網(wǎng) 2024-07-05 16:16
2024年7月1日，美國知名商業(yè)雜志《Forbes》（福布斯）發(fā)布了一篇文章，文章談?wù)摿酸t(yī)療手術(shù)機器人未來發(fā)展趨勢以及創(chuàng)新點有哪些。
文章作者包括施樂輝（Smith+Nephew）的手術(shù)機器人技術(shù)專家 Bhushan Jayeshkumar Patel、福布斯技術(shù)委員會等。
前言
手術(shù)機器人，作為醫(yī)療機器人的重要子領(lǐng)域，融合了臨床醫(yī)學、生物力學、機械學、計算機科學以及微電子學等多個學科的高新技術(shù)，它的出現(xiàn)與應用將手術(shù)精度、手術(shù)效率、患者治療效果的標準提升到了一個新的高度。
例如，達芬奇手術(shù)機器人系統(tǒng)、Versius 手術(shù)機器人系統(tǒng)、Monarch 手術(shù)機器人平臺等，均被廣泛應用。
這些系統(tǒng)配備了先進的成像功能、模仿人類動作的機械臂以及有助于規(guī)劃和執(zhí)行的復雜軟件，能縮短患者康復時間，最大限度減少手術(shù)創(chuàng)傷并改善手術(shù)結(jié)果。
目前手術(shù)機器人技術(shù)已經(jīng)在醫(yī)療領(lǐng)域取得了重大進展，并且仍然在快速發(fā)展。然而，手術(shù)機器人的潛力遠不止于此。
隨著技術(shù)的不斷進步，手術(shù)機器人系統(tǒng)在手術(shù)室中的應用和有效性有望進一步擴大。以下是一些值得關(guān)注的創(chuàng)新點。
提升觸覺反饋、力反饋技術(shù)
手術(shù)機器人技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)之一是缺乏觸覺反饋，包括動覺（力）和皮膚（觸覺）反饋，這對于精細的手術(shù)至關(guān)重要。
觸覺反饋技術(shù)
機器人輔助微創(chuàng)手術(shù) (RMIS) 尚未實現(xiàn)廣泛應用的原因之一就是受限于觸覺反饋技術(shù)的不足。
觸覺技術(shù)在機器人輔助微創(chuàng)手術(shù)中的目標是提供“透明性”，需要患者端的手術(shù)機器人上的人工觸覺傳感器來獲取觸覺信息，并通過觸覺顯示器將信息傳達給外科醫(yī)
生。
觸覺技術(shù)工作原理圖解
觸覺包括力、分布壓力、溫度、振動和紋理，在某些情況下很難建模和量化，更不用說獲取和顯示了。
在不犧牲 RMIS 系統(tǒng)的操作度、靈活性的情況下，向外科醫(yī)生提供大量觸覺信息是一項重大的技術(shù)挑戰(zhàn)。同時，機器人組件，特別是一次性器械，必須保持低成本和堅固耐用。
目前針對 RMIS 的觸覺反饋系統(tǒng)仍在開發(fā)和評估中，大多數(shù)僅提供力反饋，保真度有限。
力反饋技術(shù)
RMIS 的力反饋系統(tǒng)通常測量或估計手術(shù)器械施加到患者的力，并通過力反饋裝置向手提供解析力。
市售的力傳感器對于測量許多遠程操作應用中的力和扭矩非常有效，但手術(shù)環(huán)境對尺寸、幾何形狀、成本、生物相容性和滅菌性提出了嚴格的限制。
一些研究人員通過創(chuàng)建可以連接到現(xiàn)有儀器鉗口的專用夾具在這方面取得了成功。
另一種方法是重新思考手術(shù)器械的設(shè)計：力傳感器的設(shè)計可以與靈巧儀器的設(shè)計集成。
下圖為由德國 DLR 的研究人員設(shè)計的具有集成力反饋和 3D 視覺功能的雙手操作機器人手術(shù)系統(tǒng)。
該系統(tǒng)由專門設(shè)計的靈巧力傳感儀器、機械臂和遠程操作控制器以及可從Force Dimension, Inc.（瑞士洛桑）購買的作為主操縱器的觸覺設(shè)備組成。
具有集成力反饋和 3D 視覺功能的雙手操作機器人手術(shù)系統(tǒng)
人工智能、機器學習
人工智能、機器學習使得手術(shù)機器人可以利用大量收集到的數(shù)據(jù)進行學習。學習了一段時間之后，手術(shù)機器人的分析、預測等功能會有所提升。
例如，人工智能可以通過分析患者數(shù)據(jù)和預測潛在并發(fā)癥來協(xié)助術(shù)前計劃。
2023年5月，Nature雜志上發(fā)布一篇文章，題為“使用基于術(shù)前數(shù)據(jù)的機器學習模型實現(xiàn)個性化手術(shù)期風險預測”。
研究的目的是創(chuàng)建一個基于機器學習的模型，根據(jù)術(shù)前數(shù)據(jù)評估患者術(shù)后死亡的個體風險，從而分析個人風險因素。
研究結(jié)果表明，創(chuàng)建機器學習模型來預測術(shù)后院內(nèi)死亡風險是可行的，其準確性更高。
再比如，在手術(shù)過程中，機器學習算法可以提供實時指導，幫助外科醫(yī)生做出決策。這可以更準確地識別解剖結(jié)構(gòu)并進行更精確的手術(shù)干預。
2020年《斯堪的納維亞創(chuàng)傷、復蘇和急診醫(yī)學雜志》上刊登了一份研究報告，研究評估了實時人工智能預測急診科胸痛患者的主要不良心臟事件的表現(xiàn)。
研究結(jié)論是，AI 實時預測模型有較大的應用潛力，可以幫助醫(yī)生預測胸痛 ED 患者的MACE，需要進一步研究來評估對臨床實踐的影響。
成像、可視化功能增強
成像技術(shù)的進步對于手術(shù)機器人的未來至關(guān)重要。
高分辨率 3D 成像、增強現(xiàn)實 (AR) 和虛擬現(xiàn)實 (VR) 正在成為外科手術(shù)不可或缺的一部分，這些技術(shù)為外科醫(yī)生提供了手術(shù)部位的詳細實時視圖，增強了他們處理復雜解剖結(jié)構(gòu)的能力。
AR技術(shù)
AR 是將人工信息添加到一種或多種感官中，使用戶能夠更有效地執(zhí)行任務(wù)。這可以使用疊加圖像、視頻或計算機生成的模型來實現(xiàn)。
比如 AccuVein（AccuVein Inc.，美國紐約），這是一種類似投影儀的設(shè)備，可顯示皮膚表面的脈管系統(tǒng)圖。
使用 Accuvein 對患者的靜脈進行成像
VR 技術(shù)
生成沉浸式、完全人工的計算機模擬圖像和環(huán)境，并進行實時交互。VR 用于內(nèi)窺鏡培訓和評估已有十多年。該技術(shù)將超越當前遠程學習和二維視頻的保真度，從操作員的角度創(chuàng)造近乎真實的體驗。
例如，MOVEO 基金會使用 Oculus Rift 平臺，將學員置于手術(shù)外科醫(yī)生的虛擬視圖中，為觀看者提供了正在執(zhí)行的過程的第一人稱視圖。
Oculus Rift 平臺
AR和VR還可用于手術(shù)培訓，使外科醫(yī)生能夠在模擬環(huán)境中練習手術(shù)。這不僅提高了他們的技能，還降低了對真實患者進行培訓的風險。
2016年，首個全球直播的 VR 手術(shù)在倫敦皇家醫(yī)院成功進行，并在全球醫(yī)學領(lǐng)域引起了廣泛關(guān)注。
該體驗本身提供了從手術(shù)臺頭部觀看手術(shù)室的 360 度全景，并為觀看者提供了患者的視角，未來也許模擬真實手術(shù)現(xiàn)場培訓會是醫(yī)療教育的重要一環(huán)。
小而靈活
微型機器人可用于需要高精度的精細手術(shù)，例如神經(jīng)外科或心血管干預。侵入性較小，可縮短患者的康復時間，最大限度地降低并發(fā)癥風險。微型機器人還可以協(xié)助藥物輸送和抗癌靶向治療。
臨床微型機器人最大的挑戰(zhàn)之一是環(huán)境因素，因為微型機器人系統(tǒng)對溫度、濕度和表面化學敏感，更不用說人體環(huán)境及其不斷變化的生理條件（軟組織與血液）和生物事件的復雜度。
目前，范德比爾特外科與工程研究所 (VISE) 研究小組正在進行磁性柔性內(nèi)窺鏡的第一個 1 期臨床試驗，該內(nèi)窺鏡有可能為標準結(jié)腸鏡檢查提供更安全的替代方案，特別是對于患有炎癥性腸病 (IBD) 的患者。
遠程手術(shù)，遠程操作
遠程手術(shù)操作允許外科醫(yī)生使用通過互聯(lián)網(wǎng)連接控制的手術(shù)機器人系統(tǒng)遠距離執(zhí)行手術(shù)。Covid-19 大流行凸顯了遠程醫(yī)療解決方案（包括手術(shù)機器人）的重要性。
遠程手術(shù)的主要優(yōu)點是它能夠克服傳統(tǒng)手術(shù)的局限性，例如及時且高質(zhì)量手術(shù)技術(shù)可能因為地理因素無法更廣普及；外科醫(yī)生短缺、外科醫(yī)生日程安排有限、手術(shù)成本高等。
不過目前遠程手術(shù)面臨的挑戰(zhàn)也不少。
首先是患者安全與隱私，尤其是通過互聯(lián)網(wǎng)傳輸患者數(shù)據(jù)的敏感圖像，可能會受到網(wǎng)絡(luò)攻擊、網(wǎng)絡(luò)連接不穩(wěn)定、網(wǎng)絡(luò)延遲的影響。
其次初始實施遠程手術(shù)和維護的成本較為高昂；再者還需考慮法律、道德層面的問題；網(wǎng)絡(luò)延遲、網(wǎng)絡(luò)攻擊會導致手術(shù)時間增加，手術(shù)不確定性增加。
并且，現(xiàn)在的遠程手術(shù)標準操作程序尚未明確樹立，患者可能不會優(yōu)先考慮遠程手術(shù)。
未來發(fā)展趨勢預測
技術(shù)進步，不斷變化的臨床需求正在影響手術(shù)機器人的未來，并且有可能推動提高精度、效率和患者治療效果，重新定義外科手術(shù)實踐。
以下是福布斯雜志列舉的手術(shù)機器人未來發(fā)展的四大關(guān)鍵趨勢：
自動化程度提高
隨著人工智能和機器學習的不斷發(fā)展，預計外科手術(shù)的自動化程度將會提高。
機器人將能夠自主執(zhí)行日常任務(wù)，使外科醫(yī)生能夠?qū)Ｗ⒂谑中g(shù)中更復雜的方面，不僅可以提高效率，還可以降低人為錯誤的風險。
手術(shù)機器人應用領(lǐng)域擴大
雖然手術(shù)機器人主要用于骨科和普通外科等專業(yè)，但其應用正在迅速擴大。預計在婦科、神經(jīng)外科甚至牙科手術(shù)等領(lǐng)域會得到更多采用。
與其他醫(yī)療技術(shù)的集成
手術(shù)機器人的未來在于它們與其他先進醫(yī)療技術(shù)的集成。例如，將機器人系統(tǒng)與先進成像、人工智能驅(qū)動的診斷和實時數(shù)據(jù)分析相結(jié)合，可以創(chuàng)建綜合性較強的手術(shù)解決方案。
更便捷、更實惠
隨著技術(shù)進步和規(guī)模經(jīng)濟發(fā)揮作用，相比過去，未來手術(shù)機器人系統(tǒng)將更易獲得，世界各地的醫(yī)院和外科中心有能力更廣泛采用手術(shù)機器人技術(shù)，為更多病患提供先進的外科護理服務(wù)。
結(jié)語
手術(shù)機器人技術(shù)未來的發(fā)展充滿希望，但也存在挑戰(zhàn)。
患者由于對這一技術(shù)缺乏足夠的理解，有時會對手術(shù)機器人存在懷疑，因此需要進行必要的醫(yī)療技術(shù)教育，闡明手術(shù)機器人的優(yōu)點。
另外，不同國家均需要明確的監(jiān)管指南和強有力的風險管理策略。外科醫(yī)生和醫(yī)務(wù)人員的標準化培訓計劃對于確保熟練使用機器人技術(shù)也至關(guān)重要。
解決這些挑戰(zhàn)，手術(shù)機器人行業(yè)有望可以實現(xiàn)長足的進步，使手術(shù)更安全、更精確、更容易實現(xiàn)，讓全世界的患者受益。
來源：MedRobot
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