第584期【齐悦读—线上共读—透视新科技】 “齐悦读”[线上共读] 《巧手机器人》
（通讯员 邓辉）
讲座题目：透视新科技——巧手机器人
主 持 人：胜 春
做客嘉宾：赵国光，首都医科大学宣武医院主任医师。
刘 达，北京航空航天大学机器人研究所副教授。
讲座时间：2024年8月5日～8月11日
（备注：讲座视频可循环播放）
透视新科技——巧手机器人
讲座内容：
各位好，欢迎收看我们今天的《透视新科技》节目，我是主持人胜春。在过去，医生要为患者做脑部手术，不仅需要医生有足够的经验，同时他的手要非常地灵巧，稍有闪失就可能导致手术失败。而现如今，随着科技的发展，机器人可以辅助医生来做手术，在手术的过程当中，不仅可以减少时间，更可以大大地降低对患者的创伤，我们通过短片去进入我们今天的节目。神经外科手术是外科领域极为年轻的学科，100年前在人脑里做手术是一件让人闻风丧胆的事情，脑部手术的死亡率高达90%。随着显微镜、影像神经导航等技术的发展，神经外科手术的死亡率才降至5%以下。然而，开颅手术后的漫长恢复期仍然是患者及其家属无法承受的生命之痛，降低手术风险，提升患者术后的生活质量，一直是神经外科医生孜孜以求的目标。近年来，随着人工智能技术的诞生，机器人走进了神经外科手术室，神经外科手术机器人有什么特殊的本领，又会给患者带来哪些福音？给大家介绍一下我们今天请来的两位嘉宾，一位是首都医科大学宣武医院的主任医师赵国光，另外一位是北京航空航天大学机器人研究所的副教授刘达。神经外科的手术难度有多大？
脑内结构是非常复杂，人类的大脑也就是有1200多克，有1000亿的神经元，是相当于一个城市里的所有网络，所有的街道，每个部位都有功能，在大脑里边儿做手术需要非常地精准。如果有偏差的话，比如说把血管打爆，这个在患者身上就是一个灾难性事件，还没治病就出血了，可能导致病人不会说话或者甚至瘫痪，所以精准度是我们追求的一个重要目标。神经外科医生在做手术的时候要求有多高？作为一个外科医生，应该是有一个叫鹰眼，就（像）鹰一样的眼睛，能够看到病灶或者看到出血。同时有一个巧妇的手就能绕绣花针，还有一个就是慈母之心，对患者的关爱，所以这三个要素是一个好医生的基本条件，做手术都需要一个长期的训练过程，不是说天生你就能够把手术做好，在神经外科尤其是需要一个长时间的培训，我们现在大概是毕业以后的神经外科专业培训还需要七年，其中有一年的时间就是要让做显微的解剖。然后做操作，比如说我们可以做小鼠，做它的自体的肾移植，就把肾翻转完以后把血管吻合上，那么这个需要训练手的稳定性。在显微镜下用那么小的动物来做手术。对，来训练缝合手的稳定性，还（有）对出血的判断，缝是容易缝上，但是缝完通不通，有没有血流供应，考核手术成功与否。巧手是我们保证手术的重要技能，但是不是一蹴而就，需要长期的训练。在七年过程当中，我们既有显微的训练这一个阶段，同时这七年当中也要接触临床，接触病人，在上级医生的带领下来操作。
医生的手已经那么巧了，为什么还要研究机器人？对于神经外科手术的机器人，目前来讲最重要的两个环节，一个是精准性，因为在脑部手术里面，它最重要的一个就是它的精准性的问题，既然要实现机器人手术，机器人的精准性应该比人手操作，哪怕多年训练之后它还要好，这样才对医生有帮助。第二个就是灵巧性，那么人手它是有动作的极限的，机器人我们可以实现无死角、全方位的这种动作，所以我们认为机器人只是部分的功能，或者说部分的这种性能要比人手要强。手术是一个团队，需要我们的医生进行训练，但是我们也需要一些更精准的伙伴。神经外科手术机器人就代替的这样一个角色，在深部的时候，在需要精准的时候，在需要手不抖的时候，需要神经外科机器人来给我们帮忙，在操作当中的一些器械可以通过神经外科机器人准确地放进去，手不抖放进去，而且穿刺五六公分（厘米），路径还依然准确。那么希望每一个患者打的都是十环，那么每一个的都是成功病例，所以这样的一个还体现出了就是我们说的慈母心，就是医生对患者的关爱，最大的关爱就是把病治好，不出并发症。
机器人跟医生的手对比，优势是什么？我们整个一个系统也是分为三部分，虽然说我们简单来讲是手，但实际上是脑、眼、手三部分，我们脑是指计算机的手术规划系统，那么就是输入医学的影像。第二部分，拟人的医生的眼，是一个光学跟踪定位仪，就是说我们在没有做穿刺或开颅的时候，不知道这刀下去，下边有没有重要的血管，那么机器人通过手术前的影像，给我们做了一个导航，我们不是透视眼，现在通过机器人我们能有一些透视眼的功能。神经外科机器人对医生来进行辅助，它的意义就是帮助扩大了我们的视野。第三部分才是我们所谓的狭义的手，就是机械臂最基本的性能的特点，就是一个是高精度，第二个就是高灵活性，来辅助医生完成一般的医生所达不到的动作和达不到的精准性。我们原来经过七年的训练，也不敢保证一个高难度动作，每次都成功。就跟奥运会的4.0系数的体操似的，你不一定说落地都那么稳定，那么它能够精准这样一个稳定。机器人到底可以帮助医生做怎样的手术？通过短片去看一下。在医院的诊疗室内，来了一位十多岁的小患者，严重的先天性癫痫使他生活无法自理，然而，核磁共振、脑电图等检查，都无法确定病灶的具体位置，手术难以进行。癫痫类的脑部疾病之所以难治，正是因为外围检查始终无法探测到脑部异常放电的区域，要解决这一问题，往往需要打开患者的颅骨，在脑中植入电极，通过脑电监测捕捉癫痫发作时的脑电波，从而准确找到引发癫痫的具体部位。然而脑内密布着神经和血管，牵一发而动全身，这种大开颅的手术难度大、风险高，任何手术失误都可能带给孩子灾难性的后果。医生们最终决定让新研发出来的神经外科手术机器人参与手术，将电极植入患者的脑中。神经外科手术机器人怎样辅助医生实施这次手术呢？在这里植入电极，手术的难度和风险是什么？
传统的癫痫（手术）的话需要开刀，比如说我们做一个切口，要把头皮切开，然后把颅骨要打开，这需要钻，其实跟木匠活差不多一样，也需要钻，也需要铣刀，也需要锯。然后打开以后我们再去（做手术），这就叫传统的经典的开颅手术，暴露大脑，我们看的是脑表面。那么脑表面的话只是表浅的，而深部的是医生看不到的。除非你去把脑子劈开，或者把蛛网膜拨开，把深部结构反映出来，那么这个过程当中就是有创伤了，比如说钻颅骨的时候把血管打爆。就像家里装修似的，你装个镜子，其实你一个下去，后边就是家里的水的水管就爆了，这个在患者身上就是一个灾难性事件。手术机器人可以做什么？做手术之前，我们要把患者手术的所有的影像都要输到这个机器人的脑子里，就是这样我们有了一个开车的导航图了。导航图里面就是把血管都勾勒出来，大脑的血管，这样我们就可以选择血管之间的入路，避免造成血管出血，这个就是手术前的规划路径。再有我们选择靶点，脑内的靶点选择什么部位，我们都有一个测量，所以第二天患者进到手术室，机器人已经知道他的脑子的结构是什么样。而且也知道我们规划的路径在哪里，这时候就需要机器人跟患者的头颅之间进行一个匹配、校准，每一个校准可以把这个机器人跟患者的头颅进行的一个锁定。再由我们操作机器人的时候，它的机械臂就可以自动地旋转，然后达到一个角度，在这个情况下，我们就可以通过手术，通过切口，然后把我们所说的电极放进去。所以手术医生跟机器人之间在为患者做手术之前，都做了一些前期的沟通和信息的输入，这就叫作脑机接口也好，叫人机对话也好，来保证手术的安全。
机器人帮助医生完成了手术结果怎么样？通过短片去了解一下。这次癫痫手术成败的关键在于对疑似病灶点的定位。机器人通过人脑地图导航，快速锁定下刀位置，并把电极置入患者的大脑深处，精度达到0.5毫米，30分钟后，6根电极全部置入成功。原来需要花费4至5小时的手术，现在仅用两小时。神经外科手术机器人成功应用将给患者带来什么影响呢？在手术的结果上您怎么评价？因为机器人可以放置我们所有深部的电极，来达到不开脑子不开刀的这样情况，创伤减低了，避免感染，这个原来没有这样一个器械的话，很难实现那么精准的手术，我觉得是一个医生的好伙伴，为患者共同做精准手术的一个辅助设备。机械手介入医疗手段之后，对医生带来的变化是什么？我们所定到的每一个靶点，机械臂都能够帮助我们准确地达到，这个误差范围是0.5毫米，就已经非常精准了。那么，如果要是传统的这样，没有机器人帮助的情况下，可能误差在两三个毫米左右，这之间还是有很大差别的，那么准确度进一步提高了，时间进一步缩短了。这种癫痫的电极植入，那是可能10个或者更多的电极机器人是自动化的，它的效率非常高，医生不用一个一个来调整，会提高手术的效率。而且自动化程度高了之后，减少医生的体力劳动，解放了医生体力劳动之后，让医生有更多的像赵院长这样，这种好的医生有更多的精力去探索更尖端的手术技术，所以它是一个促进作用。
用机器人帮助医生来做手术，会不会让我们的医生自身丧失一些技能呢？我想治什么样的病或是做什么样的手术，还是由医生来决定，它拓展了神经外科医生什么样的本领呢？神经外科的历史也是几百年的历史了，那么100年前，50年前做的手术，很多术式是被淘汰了，被现在的这样的一些技术所淘汰，那么我们现在的我这一代神经外科医生和我们的学生，我相信我们学生做的手术一定会超过我们，他有这样的设备、科技的进步。进步来推动，比如说我们现在只关注脑出血、脑肿瘤、脑功能疾病，那么我们可能要关注修复。比如说已经梗塞了，不会说话了，不会走路了，是不是机器人帮助我们让患者重新说话，重新走路，我们目前正在探索。而且国内外都有这样的一些成功的案例了，让他在神经修复上得了病以后，如何把功能重新连接上，这个是很大的一块科技的发展。目前的机械手来做手术，患者的接触度有多少？我们去门诊看病，说你需要做手术。患者和家属最常问的就是是不是微创，所以微创这个概念在患者和患者家属当中是放在第一位的。第二就是说有没有这样的一些，精准的一些设备，包括我们今天谈到的机器人能够辅助应用它，所以我想应用前景还是非常广泛，包括我们现在很多的脑血管病的治疗也是在微创。原来需要开刀，现在需要比如说支架治疗，这些都是在这个方面进行一个变革，我们国内也正在做这样的统计，手术时间短了，手术效果怎么样，医疗花费怎么样，患者的感知度怎么样，未来的话患者的体验会更好。
在实际使用上会增加患者的费用吗？这要看一个综合的比较，虽然说我们手术的有些局部费用会有提升，但是创伤小了，病人实际上他的住院时间短了，康复周期也短了，所以从综合的治疗费用来讲，机器人手术的费用总体来讲要比传统手术，比如说开颅手术的费用，总体来讲是应该下降的。目前的机械手来做手术，临床的应用是怎样的？我们手术机器人的技术研发是从1995年就开始了，这个产品的研发，应该是从2015年跟宣武医院等一些国内著名的神经外科的医生。开始来进行自主的研发的，是完全我们自主知识产权的。我们神经外科手术机器人研发过程中，是根据具体的中国医疗环境，或者说就是中国的神经外科医生的需求来开展的。比如说我们的手术机器人跟国外的特点不一样，国外的病例也就是说每天的手术量比较少，机器人可以慢慢地去做手术，像中国的，尤其像宣武医院，一天要做很多台的手术。那要求我们的机器人的手术效率要非常高，这个就是跟国外机器人不一样的地方，也是我们自主根据中国的医生的要求来研发的。神经外科手术的机器人，已经有20多年的技术积累了，那我们看看相应的短片。
专门用于外科手术的医疗机器人，诞生于上世纪八九十年代，1995年，北京航空航天大学机器人研究所就率先组建手术机器人研究小组，开始研究和攻克医疗机器人的关键技术。两年后，研究小组与海军总医院共同研制的我国第一台神经外科手术机器人，成功完成了神经外科手术，掀开我国医用外科机器人应用崭新的一页。随后，北航科研团队研发了六代产品，成功治愈了一万多位患者。2018年，我国自主研发的睿米神经外科手术机器人成为国内首款通过国家药监局认证的神经外科手术机器人。我国自主研发的手术机器人是如何保障患者的生命安全呢？很多人会有一种担心，说机器人靠谱吗？我们通过大量的检测和实验，在出厂前是有保证的，同时做手术的时候，我们也要进行术前的检测和试验，就要通过在大量的动物实验，尸骨实验，乃至于最后的临床的这种试验，反复地去提炼出这种技术的要求，技术的特点，我们是多重的保障。另外，它毕竟不是机器人来替代医生，它是协助医生，所以这个患者应该不用担心。在机械手的帮助下，你已经有了多少这样临床的案例了？
因为我们医院的神经外科中心在国内还是很大的，我们一年大概要完成上万例的手术，当然这里边要分专业组。比如说这样一个机器人，可以帮助我们治疗颅内的肿瘤。常见的脑出血，还有功能性疾病，帕金森病，癫痫，还有其他的这样一些疾病，那么我们这个组的话，一年大概能够完成600多例手术。这是个什么概念？一年365天，如果要是按220个工作日算，周末不做急诊手术，我们一天的话也得要完成四五台手术。机器人帮助医生做手术，成功率怎样？目前我们这个手术全国范围内我们做了将近3万例手术，我们目前的统计的成功率是100%的。成功率的100%是指我们所定到的每一个靶点，靶点的精准度是不是代表疾病的彻底治愈，那是要由临床医生的经验和诊疗（来决定）了，因为它毕竟是要让我们来指挥机器人来去做（手术）。它替代的是操作层面，而治疗结果是另一个层面？对。神经外科手术机器人学习的能力，通过短片去了解一下。
人类灵巧的双手需要高智能的大脑来控制，与此相似，机器人的巧手同样需要高超的脑来操控，神经外科手术机器人的“大脑”，具有较强的学习能力。在一次次手术中，机器人都能结合患者的具体数据，自动重建患者颅内组织与病灶的三维图像，给医生提供术前规划。同时，它还能通过与外界的信息数据交互获取新知识和新技能。在未来，手术机器人有可能替代医生吗？像我们赵医生这样优秀的医生，他使用过的机器人，如果用了几百台上千台手术之后，可以放到我们一个经验并不是十分充分的医生当中，也可以做出如此精细的手术吗？当然了，比如说赵院长的学生，或者说基层医院培训的一个医生，他不是建立在零基础，他是建立在赵院长每年的600例手术，甚至上千例的手术基础上，这个相当是一个共享。也就是说这个机器学习并不是专门为赵院长所用，是所有的医生想从赵院长学习经验，或者说学习这种手术技能的医生都可以共同来学习和参考的，所以其他的医生他的学习的曲线，学习的速度就要比他自学要快得多，这些基础它会有智能升级。这个应该是一个机械学习，比如说我们让这个机器人更加地聪明，从1.0版升到2.0版，或者说今后3.0版，那么我们成功的病例，成功的选择和术式路径，这些都可以在电脑里储存。那么未来的成功案例的学习，可以优化提升它的灵敏度和聪明度，应该说为今后普及，尤其是普及到我们县一级的医院把我们的资源下沉，让底下老百姓获益，应该说是一个非常好的前景。
未来随着这个机器人可以帮助医生做手术，是不是我们一个优秀的医生站在北京的一个手术室当中，指挥着N个机器人在全国各地，都可以同时展开手术呢？应该这样的，机器人我们现在已经实现了5G技术的远程的治疗，比方说我在北京，在一个县级医院，我们接收一个脑出血的患者，我们完全可以通过这样一个5G技术，来指导当地的医生利用机器人给患者做手术。那么未来的话同时开几台，多点地去进行一个远程的治疗，应该是从技术上能够实现的。您觉得未来的机器人的发展，可能会是什么样的？有可能替代医生吗？未来的发展我也不好预测，但是就拿手术机器人来说，它不会替代医生。因为我认为手术机器人和医生，各自有各自的优势和特点，他们应该是协作的关系，也就是人擅长的部分还是由人来做，机器擅长的部分由机器来做。我想您问的这个问题可能是一个人工智能和人类智能的一个区别，因为作为人的话，我觉得包括医生，他应该是在这个人类的智能当中，要远远优于人工的智能，比如说人类有喜怒哀思悲恐惊，这是我们作为人所有的情感。但是作为机器人，人工智能它只是接受指令，它没有一个情感的一个反馈，所以还是被医生或人类所驾驭。
另外一个问题就是能不能达到个体化，实际上每个机器人它都是要制订一个患者的一个路径一个方案，应该它是个体化的，那么就是在颅腔1300毫升这样一个容积当中，机器人能够（帮）我们达到任何一个点，任何一个点就都可以进行一个路径的规划。比如说我们要是反手这种进行缝合的时候，这个是非常难的。你是需要很长时间训练，但是机器人可以非常容易在这个角度可以实现，或者是突破了我们医生即便经过多年训练所做的一些的人类生理的极限高难度动作。对，作为我们机器人的研发者，您怎么看它的未来？手术机器人来说，这种探索我觉得是永无止境的，其实就跟奥运的口号一样，是更快、更高、更强。从目前来看，我觉得可能三个方面比较明显，一个是性能提高，包括定位的精度、灵活性，包括它操作动作的复杂性。第二个我认为是智能化越来越强。第三个我觉得就是这种远程的能力，因为这个对于中国这种医疗环境来讲，对于这种基层医疗的提高，这种健康中国这种理念是有很大帮助的。从医生的实操手段，您觉得它还有哪些提升的空间？
机器人本身，我们说到的眼、脑、手、机器人的话这个眼，实际上相当于代替人眼，视觉看到的就是机器人看到的这个速度已经很快了，未来的话可能看得更加穿透。脑的话就是各种影像，各种案例都输进去，机器人越来越聪明了。还有就是关键的一个部位，就是它的机械臂上所持的手术器械，如果机械臂辅助我们穿进去，它不像医生他有触感，有质感。像我摸到这儿，我们知道这个质感是硬的、软的，有没有水肿，有没有出血，机械臂就是以目标为方向直接就进去了，但是这个反馈就是给正常手术当中医生的反馈，机械臂现在是没有的。未来我们应该要发展到有神经触觉的这样的一些器械臂，让它更加地趋向于人类的智能，这个是一个很大的挑战。对机械手的这种期待，您觉得离我们还有多远？医生的期待永远是高于我们目前的这个水平，但是我们会不断地去靠近，或者说这种前景去靠近的。您觉得它未来还有可能给我们带来哪些惊喜呢？未来的话应该能够做到纳米级的这样一些像头发丝，十分之一头发丝的这样一些电机，都可以植入在脑内，然后来监测，改善人类的高级的智能。比如说情感，比如说我们说到的痴呆，比如说失语，所以它未来的领域还是非常广阔。非常感谢两位嘉宾，感谢您收看我们今天的《透视新科技》节目，如果您想了解我们更多的节目内容，可以下载央视频去收看我们过往的节目。今天的《透视新科技》就到这儿了，我是胜春，咱们下期节目再见。
