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| 本文作者： 亞萌 | 2016-10-29 21:46 |
編者按：10 月 29 日，世界醫療機器人大會在深圳召開，香港中文大學機械與自動化工程學系的副教授 Samuel Au 做了題為《手術儀器的進步－－達芬奇手術機器人系統與超越》的演講。
Samuel Au 是學界和產業界的雙棲人物：他 2 個多月之前加入香港中文大學，此前一直在 Intuitive Surgical 工作了 8 年多時間，曾擔任該公司新產品研發部門系統分析方向的研發經理。在 Intuitive Surgical，他共同發明并領導了 FDA 認證的達芬奇 Si 單孔手術平臺（2012）、達芬奇單孔 Wristed 針驅動（2014）和達芬奇單孔 Xi 手術平臺（2016）。Dr. Au 是超過 12 家同行評議的手稿和會議期刊的作者或合作者，并有超過 20 項專利正在申請中。他的作品在許多雜志上都有報道，如紐約時報和 MIT Technology Review。他贏得了無數獎項，其中包括美國機械工程師協會（ASME）學生機械設計競賽的美國社會一等獎（2007）、Intuitive Surgical 公司的問題解決獎（2010）、Intuitive Surgical 公司發明獎（2011）。
（下面是演講正文，雷鋒網在不改變原意的基礎上做了一定程度的修改。）
我最近關于達芬奇的手術機器人進行了很多方面的研究，所以非常榮幸今天有機會蒞臨會場和在座各位嘉賓學者分享我的研究成果。我會告訴各位我們是如何使用這項技術改變病人的健康問題，而且如何將它用到我們的手術當中。
達芬奇是一款微創型手術的機器人，使得醫生可以遠程對病人進行檢視、進行手術。它主要包括三個部分：手術控制臺、控制系統以及機械臂（手）：醫生坐在手術控制臺上對電腦做出相應的指令，攝像頭提示人體器官里面的相應情況，醫生依據這些反饋信息做出手術決策，所以決策權還是來自于主治醫生。
你可能會問這樣一個問題，為什么我們會建立這樣一款系統？
這就需要搞清楚外科手術最根本的目標：
醫生可以清楚地看到病變部位（不管是體內還是體外）
在不傷害其它健康組織的情況下，去除病變組織
精準修復
讓傷口看起來就像沒有經過手術一樣
而達芬奇的手術系統大部分是基于這樣的初衷研發而成的。
我們需要讓主刀醫生能夠非常完美、準確地看到相應的疾病，比如病灶、組織、血管。還需要主治醫生以一種建設性的眼光審視相應的組織，但有時這會因為視野障礙受到局限。這是因為很多組織是處在隱藏的、比較不容易達到的部分。達芬奇手術系統就是讓醫生到達這些非常難以到達的區域。
達芬奇手術機器人系統已經被廣泛應用到不同的領域，包括像一般的外科手術、神經手術及其他醫科里面。我們可以看到這個縱軸是每年由達芬奇所做的手術數量。
平均來講，這個手術的增長量是非常可觀的，與之前相比增長了 40%。僅僅在去年，我們用達芬奇手術系統做了不下 600，000 場次的手術。
接下來有一張幻燈片，展示我們如何使用達芬奇系統進行關于子宮切除手術方面的診治。
縱軸代表做手術的比例，正如各位看到的一樣，在 2005 年前，超過 90% 的手術都是以開放手術的方式來完成的。而 2005 年之后，人們開始更多地使用達芬奇手術機器人。
首先我們需要問一些問題，什么叫單孔手術？單孔手術意味著我們的醫生只需要找準身體上某一個單獨的手術切口。我們這里有多切口和單切口外科手術的比較。
多切口可以實現組織之間的分離，可以使用手術針單獨的探頭。其主要的問題是，從攝像頭的角度來講，為了控制這個單獨切口的手術，我們需要獲得更多準確的信息。我們的醫生需要通過攝像頭的幫助，來決定他們該如何操作相應的手術器具并開展手術。
另外，傳統的手動單孔手術十分困難。
醫生的眼睛看的是投影出來的影像，另外一個助手幫他操控這些設備。所以通常來說他要花很長的時間才能夠完成這種單切口的手術，大概需要 4-5 小時，這對于外科醫生來說是非常具有挑戰性的。
醫療界都希望解決這個問題，他們希望做出一個關節的連接器，做出一個機器臂，這是一個非常好的做法。
2009 年 Intuitive Surgical 公司的 CEO 來到我們團隊，跟我們分享這個愿景。我們共同討論，在一個月內提出兩個解決方案。我是負責其中一個項目的，所以現在已經得出這樣一個生產線，就是制作達芬奇單孔機器人。
我們使用多個不同的關節，使用一些非常靈活的組件，使這個達芬奇機器人非常靈活，可以往里頭添加傳感器，可以進行非常準確的切割。
我相信大家可能曾經看過這個縫葡萄皮的視頻，我們把葡萄的皮剝落出來，再把這個皮粘貼上去，從而能夠看得出來這個設備是非常精準的。
它主要是模擬這樣一個機器手在人體腹腔的時候是怎么操作的，盡可能減少創傷。我們機器人能夠在非常小的區域進行準確的切割。
接下來是我們公司內部一段視頻，是怎么使用這樣的機器人進行實際手術上的操作（為避免造成一部分讀者不適，本文暫時不放出相應圖片）。在這個視頻當中，外科醫生在進行切割，這是手術當中非常困難的一部分。醫生需要把這些壞死的組織從患者身上切除，而這部分是在人體比較隱蔽部分。機器手操作的速度非常快，但其實這是對于做手術來說正常的速度。
我們在臨床上的應用，到目前為止得到美國藥監局的批準，可以推出達芬奇第三代單孔手術機器人，同時還有達芬奇其他的一些系統，也獲得了美國藥監局的批準。大家知道從 2012 年開始，我們已經做過超過1000 多例單孔切割的手術，而每一年它帶給我們的收益達到 5000 萬美元。
再說一下在臨床上的益處。這張圖是患者身上拍的，是他做了單孔切割的手術之后。
如果用手術機器人，可以切得非常快，痊愈也非常快，幾乎可以說無疤無痕的。另外，我們希望它接觸到人體內部一些非常隱蔽的組織和器官。
首先這樣的裝置必須非常靈活，能夠在人體比較難處理的部分處理得好，另外一點，必須非常小型。到現在為止，它的運動機能方面可以說不是特別的準確，所以還是要進一步改進，而且有時候有點僵硬。
作為一個機器學的研究人員來說，我覺得非常重要的一點就是，我們必須要在機器的末端添加一些傳感器。只有這樣，才能更好地令我們的機器人有觸覺。在 2008 年的時候， Intuitive Surgical 公司就開始和另外一家公司開展密切的合作，目的就是能夠研發一些非常長但是非常細型的傳感器放在機器人當中，從而測量機器人觸摸到的組織和器官。
這是非常先進的技術，從上圖中大家可以看到，光纖傳感器跟我們頭發絲兒一樣細小，還可以和電腦圖形實時進行投射。它的同步速度非常快非常準確，而且體積非常小。
我們把這些東西全部集合在一起之后，最終得出來的雛形就是 8 年前得出來的，里面兩個關節結合在一起只有 5 毫米。我給大家看一段視頻，我們以非常快的速度對器械進行移動，而且不會損害它的準確度，同時每一個器械都是獨立運作的。
（原視頻中紅色的部分快速移動）大家可以看到它的速度和規模相當驚人，最后可以準確回到初始出發的位置。這樣的技術也能幫助我們，使得我們的機器人或者傳感器變得非常小，小到 3.5 毫米。
最后我想總結一下，重點談兩點。
第一點，我相信手術機器人依然處于初始階段，但是目前已經能做微創手術，成功在 200 萬個患者身上成功進行。
第二點，我想談靈活的器械能給我們帶來巨大機遇，能夠進一步提升手術機器人的能力和它能夠觸及到的范圍。
感謝大家的聆聽。
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