机器人让手术变得更简单

●马昊楠/本刊记者

自上世纪80 年代第一台用于手术的外科机器人的出现以来，医学机器人给传统医学带的不仅是技术上的进步，更是医学观念上的重大变革，经过三十余年的发展，医学机器人正逐渐成为现代医学领域不可或缺的组成部分，那么医学机器人与人们脑海中的传统机器人相比有何不同？医学机器人在未来又能否代替医生？为此，本刊记者采访了首都医科大学宣武医院神经外科赵国光团队的樊晓彤医师。

机器人是医生手和脑的延伸

如果按照应用特点可以将医学机器人分为手术、护理、康复、救援、转运等5 类。其中，手术机器人近年来发展迅速，未来将对临床实践产生重大而深远的影响。比如，可进行远程医疗，实施复杂外科手术的“达芬奇”机器人便是一例，而在立体定向功能神经外科领域内，Rosa 机器人正崭露头角。

也许有人会问为什么大多数医学机器人在外观上看更像是机械手臂，反而与传统印象中能跑会走的机器人大有不同，樊晓彤医师表示：“医学机器人的概念从本质上来讲应该是医生，尤其是外科医生双手和大脑的延伸，医生可通过医学机器人完成原本他们双手做不到的事情，或是大脑中所想但却不能实现的事情。”

樊晓彤医师表示，首先人类只有两只手臂，在某一局限的空间中两只手往往会感觉不够用，医学机器人则不然，它不像人类有构造上的限制。其次，人类由于自身生理特点，就算经过特殊的训练，手臂还是会颤抖，但机器人不会。换句话说，医学机器人可以算是人类对自身手术技巧的完善。

“大部分人都对机器人有一种印象，即它能够自己制定目标，然后制定规划去完成目标，当然也只有这种具有自我意识的机器人才能被称为机器人。但医学机器人不是这样，目标仍然是由人来制定的，不过它能帮助人们去实现目标，归根结底它只是一个高科技的‘手术刀’，最根本的仍然是操控它的医生。”

不过，无论医学机器人发展到何种水平，机器人都是人类为了完善自己而制造的。樊晓彤医师说道：“人类没有必要制造一个东西模仿人类自己，医学机器人不能为了模仿人类而模仿，换句话说，一台手术永远是人在控制机器，如果有一天医学机器人有了自我意识，我认为是不可靠的，一旦机器人拥有自我意识，人们又怎样去评价它是可靠的？”

Rosa 让融合更简单

Rosa 机器人可以说是一个自动化的平台，可为与其生产商供应的器械引导子直径一致的任何神经外科器械提供导向功能(例如活检针)。它由一个小型机器臂和一个安装于移动手推车上的触摸式控制系统组成。根据手术需要，不同类型的器械可被安装到机器臂末端或在末端进行更换。触摸式的人机界面通过指示要做的动作以及提供各种不同指令确保Rosa 与医生之间的信息交流。

神经外科所面对的很多病灶位于大脑深部，就算把患者的整个大脑拿给医生看，目视下也看不到这个病灶，由于脑结构精密而脆弱，同时无法再生，在手术中不允许医生对脑组织有额外的损伤，在功能神经外科及立体定向神经外科中，对脑组织的活检、深部电极的植入等，都依靠立体定向技术来实现高度的精确，伴随着立体定向技术的发展和无框架导航理念的完善，Rosa 机器人应运而生。“Rosa 机器人的主要作用是定向导航，在手术前将患者的头部的影像资料输入Rosa 机器人中，然后在Rosa 机器人上制定相应的手术计划即设定相应的手术参数，如靶点位置、入路点、手术器械长度等信息，至此Rosa 机器人便会在手术过程中依照先前医生制定的手术计划为器械提供精确和严格的导引。换句话说运用Rosa 机器人辅助手术，就相当于人们去旅游一样，我首先确定了我要去的地方，以及我要走的路，至于这条路怎么走，如何让我不走偏，这是Rosa 机器人帮助完成的，它会告诉你什么时候向左走，什么时候转弯。”樊晓彤医师说道。

Rosa 机器人的最重要的功能之一便是多模态脑功能成像的实现，患者在手术前都需要做脑部核磁、PET、脑磁图等检查，然而脑部核磁只是一个结构性的影像、PET 是一个代谢性的指标、脑磁图则是一个磁信号的指标，医生则需要将这些影响融合到一起。在樊晓彤医师眼中，脑部核磁、PET 等检测指标更像是一张张的地图。“它们有的表示降水，有些则是代表着林覆盖面积，将这些地图融合到一起，医生就能直观地知道某一地区有多少的降水，多少的森林。这些检查信息都很重要，如果医生只靠人眼分别地看，效率很低，也难以实现精确化，只有将它们结合到一起，医生才能更好地把握手术的细节。”

Rosa 可以完成所有的注册方式

在神经外科，传统对脑部进行注册的方式无外乎是在患者脑部安装框架。“框架通过四颗钉子固定在患者的头部，固定好的框架相当于含有X、Y、Z 三轴的坐标系，框架安装完毕后，患者通过进行一系列脑部核磁、PET 等检查，而医生则通过检查得到的影像，得到病人大脑和框架的关系，进而才能对病灶的入路进行计算。”

樊晓彤医师进一步说道：“采用框架注册的患者，检查和手术往往都是在同一天进行的，试想一下，患者先进手术室安装框架，再带着框架做各种检查，这个过程会花费大量的时间，对于患者而言则要承受疼痛和心理上的压力，并且框架安装相对麻烦，在医学中‘麻烦’往往就意味着高风险。”

Rosa 机器人不仅可以有框架的注册，更能完成无框架的注册。Rosa 的无框架注册又分成2 种，一种是表面注册，即扫描患者面目结构，推算脑部空间位置。另一种则是在患者头部贴上标记物，在做影像检查时，这些标记物显而易见，Rosa 机器人通过这些标记物的位置，从而对患者脑部空间进行推算。

框架由于是物理结构，因此会随着压力的增大，导致框架的轻微变形，因为框架如同坐标系一般，需要医生用肉眼进行读数，因此读数的准确性会受到视觉的影响。“从目前来看，虽然框架结构会存在一定的误差，但在准确性方面还是稍高于无框架的注册，不过Rosa机器人无框架注册的准确度已经相当接近框架注册了，加上无框架注册在效率和患者感受方面更加优秀，无框架注册的优势会越来越大。”樊晓彤医师对无框架注册充满信心。

Rosa 机器人用于引导的机械手臂有六个关节，在实际工作中，误差约为0.8mm。“我们很自然地会拿机械手臂和人手进行比较，但其实人手如果不借助工具，是毫无精确度可言的。比如手术需要30 度角进针，在没有工具的情况下，我们是判断不出我们的手究竟怎样才算是30 度的。而机器人目前可达到0.8mm的误差，这是不借助工具的人手所不可能实现的。”

医疗机器人毕竟属于机器，在使用的过程中难免会出现故障，那么又是否会增加手术的风险？这长久以来也困扰着无数的学者。樊晓彤医生表示，首先必须确认的是，如果在手术中，机器人出现了问题，那么手术方案一定要进行调整，甚至推迟。以Rosa 机器人为例，如果Rosa 出现了问题，医生也不会没有办法，我们依然可以回到框架时代，这是对于硬件来说。而机器人的软件设计经过长期的调校，已比较可靠，在软件设计的冗余和系统备份的前提下，Rosa机器人的生产商和临床单位密切配合，定期校验系统精度和稳定性，为临床诊疗保驾护航。