1、手術(shù)機器人的發(fā)展進程

1.1起源與發(fā)展

1985年，世界上首次機器人手術(shù)成功實施是機器人技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域應用的里程碑。當時，美國洛杉磯的醫(yī)師成功完成了首例機器人輔助下腦部活檢手術(shù)，使用的并非專業(yè)手術(shù)機器人，而是工業(yè)機器人Puma560。此后，手術(shù)機器人的研發(fā)與應用經(jīng)歷了三十余年的發(fā)展歷程。在此期間，眾多研發(fā)企業(yè)推出了手術(shù)機器人，包括AESOP、ZEUS等，其中，美國直覺外科公司所開發(fā)的達芬奇手術(shù)機器人系統(tǒng)，憑借其精巧的設(shè)計、清晰的視野和便捷的操作等優(yōu)勢脫穎而出，成為目前臨床應用最廣泛的手術(shù)機器人系統(tǒng)，并持續(xù)更新?lián)Q代以滿足不斷變化的醫(yī)療需求[1-2]。

腔鏡手術(shù)機器人在外科領(lǐng)域廣泛應用，在我國，其輔助開展泌尿外科手術(shù)數(shù)量最多，在胸外科手術(shù)的應用也較常見，如食管癌、肺癌、縱隔腫瘤的手術(shù)。手術(shù)機器人操作精度高，靈活性好，且基本不受術(shù)者生理因素如勞累、情緒改變等影響，在一定程度上提升了術(shù)者的手術(shù)能力，降低了手術(shù)難度，減少了患者創(chuàng)傷。目前，已有多款國產(chǎn)多孔腔鏡手術(shù)機器人獲得了NMPA批準并上市，例如思哲睿智能醫(yī)療的康多®、山東威高手術(shù)機器人有限公司的妙手S、微創(chuàng)醫(yī)療機器人集團的圖邁®和深圳市精鋒醫(yī)療科技股份有限公司的MP1000機器人等。其中，威高妙手S機器人是國內(nèi)首個采用主從控制進行腹腔手術(shù)的設(shè)備，突破了絲傳動輕量化結(jié)構(gòu)設(shè)計及解耦技術(shù)，增強了醫(yī)生操作的靈活性；此外，折展式遠端定心器械操作臂的設(shè)計，使其具有小型輕量化的優(yōu)點。康多®機器人SR1000由蘇州康多機器人有限公司研發(fā)，進入我國創(chuàng)新醫(yī)療器械綠色通道審查，是首個在泌尿外科領(lǐng)域進入該通道審查的腔鏡手術(shù)機器人，并于2022年6月在泌尿外科領(lǐng)域獲得第三類醫(yī)療器械注冊證。2023年8月22日，全新升級版精鋒多孔腔鏡機器人二代機型系列憑借熒光顯影、多模態(tài)畫中畫、雙控制臺等多項創(chuàng)新功能獲NMPA批準，正式上市。北京術(shù)銳股份有限公司研發(fā)的腹腔內(nèi)窺鏡單孔手術(shù)系統(tǒng)（SR-ENS-600）于2023年6月取得NMPA批準上市，是國內(nèi)單孔腔鏡領(lǐng)域首款獲批上市的手術(shù)機器人。瑞龍諾賦自主研發(fā)了模塊化、靈巧型腹腔鏡手術(shù)機器人“海山一”，其采用國內(nèi)首創(chuàng)的模塊化設(shè)計，可兼容醫(yī)院內(nèi)現(xiàn)有的腹腔鏡設(shè)備，占地面積小、使用靈活，成本控制更加出色?？傮w來看，我國腔鏡手術(shù)機器人的研發(fā)在國際上起步較晚，目前市場上與達芬奇手術(shù)機器人系統(tǒng)類似的產(chǎn)品占據(jù)多數(shù)，尚缺乏顯著的原創(chuàng)技術(shù)特色。然而，在關(guān)鍵技術(shù)及核心部件的深入研究中，我國已累積了較為豐富的成果，展現(xiàn)出了堅實的技術(shù)實力。未來，我國必然會涌現(xiàn)出更多、更好的民族企業(yè)和產(chǎn)品，腔鏡手術(shù)機器人領(lǐng)域也有望實現(xiàn)更為深入、卓越的發(fā)展[3-6]。

 

1.2 手術(shù)機器人的應用現(xiàn)狀 

21世紀，AI技術(shù)進入飛速發(fā)展的黃金時期，AI與機器人技術(shù)結(jié)合，為醫(yī)療領(lǐng)域帶來了更高效、準確和安全的解決方案，有望提高診療效果，降低醫(yī)療成本，促進醫(yī)療資源均衡配置，推動醫(yī)學領(lǐng)域的深層次變革[7-8]。在醫(yī)學影像分析識別、疾病術(shù)前診斷以及藥物開發(fā)等領(lǐng)域，AI技術(shù)的應用展現(xiàn)出顯著的效果。具體而言，通過深度學習算法，AI能夠自動分析并識別醫(yī)學影像，并借助機器學習算法對海量病例信息進行分析，形成對各類病灶的精準影像學鑒別和診斷[9]，從而指導術(shù)前診斷，規(guī)劃更優(yōu)的診療方案，為新病例的診療制定更加科學合理的計劃[10-11]。此外，AI利用大數(shù)據(jù)分析和計算模擬可預測有效的藥物靶點和藥物結(jié)構(gòu)，在藥物開發(fā)過程中縮短了新藥研發(fā)周期，促進相關(guān)藥物快速上市[12]。在外科機器人手術(shù)領(lǐng)域，AI技術(shù)為主刀醫(yī)生提供了術(shù)中實時影像支持，幫助醫(yī)師準確識別病灶和解剖結(jié)構(gòu)，并通過傳感器模擬力反饋，為提升手術(shù)效果和安全性提供了有力保障[13]。

隨著AI、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的迅速發(fā)展與普及，將進一步提高手術(shù)機器人的智能化程度。目前手術(shù)機器人的智能水平通常分為6個等級[14]：0級機器人無智能；1級智能機器人可執(zhí)行簡單的輔助動作；2級智能機器人可自動完成醫(yī)生指定的某些任務；3級智能機器人可自動完成手術(shù)中的某些步驟；4級智能機器人具備與一般外科醫(yī)生相當?shù)淖詣踊剑?級智能機器人無需人工干預便可完全自動地進行手術(shù)。然而，目前大部分腔鏡手術(shù)機器人還只是延伸醫(yī)生的手、眼功能，智能化等級較低，局限在0級或1級，缺乏在動態(tài)手術(shù)環(huán)境中智能識別和跟蹤解剖目標的能力，缺乏可執(zhí)行復雜手術(shù)任務的智能算法。在手術(shù)機器人技術(shù)的未來演進中，智能化是關(guān)鍵的發(fā)展方向之一。隨著人工智能技術(shù)的不斷進步，預計新型手術(shù)機器人將經(jīng)歷智能化的改造與升級，以實現(xiàn)對特定疾病與手術(shù)方式的智能識別與學習。這一變革將允許機器人在一定程度上替代醫(yī)生的部分工作，實現(xiàn)自主手術(shù)操作的部分功能。此外，借助機器學習技術(shù)和大數(shù)據(jù)模擬算法，機器人將進一步提升手術(shù)操作的高效性、一致性和安全性，從而更有效地協(xié)助外科醫(yī)生，為患者帶來 福祉[15]。

隨著技術(shù)的不斷進步和應用領(lǐng)域的擴大，人工智能手術(shù)機器人將繼續(xù)在醫(yī)療領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，通過醫(yī)工信、產(chǎn)學研合作開發(fā)，未來必然能夠為更多的患者帶來更好的治療效果。

 

2、各?？剖中g(shù)機器人的進展

2.1 骨科手術(shù)機器人

骨科手術(shù)機器人術(shù)中可輔助定位骨折部位，幫助醫(yī)生評估骨科創(chuàng)傷的嚴重程度，使得手術(shù)更精確，術(shù)中創(chuàng)傷更少。目前脊柱外科、創(chuàng)傷骨科和關(guān)節(jié)外科等將骨科手術(shù)機器人應用于手術(shù)治療。國產(chǎn)較為先進的天璣®骨科手術(shù)機器人，其操作簡便，用于脊柱全節(jié)段、骨盆骨折手術(shù)及四肢骨折手術(shù)[16-18]，可輔助醫(yī)生安全地將螺釘置入椎弓根，完成錯位骨折端復位或內(nèi)固定術(shù)及關(guān)節(jié)置換手術(shù)等，目前，其輔助完成的手術(shù)量居國內(nèi)前列。骨科手術(shù)機器人提高了醫(yī)師的診治能力，但仍存在有效性不足、技術(shù)手段單一、智能化水平低、臨床適應證窄等問題，需要繼續(xù)優(yōu)化及發(fā)展。

 

2.2 神經(jīng)外科手術(shù)機器人

神經(jīng)外科手術(shù)機器人內(nèi)置系統(tǒng)可以根據(jù)患者影像資料，輔以重建和融合技術(shù)，規(guī)劃選擇出最佳手術(shù)路徑[19]，在顱內(nèi)腫瘤切除、腦深部電刺激和顱內(nèi)病理活檢等顱內(nèi)手術(shù)中有重要價值[20]。國產(chǎn)神經(jīng)外科手術(shù)機器人Remebot（北京柏惠維康科技股份有限公司）[21]可以自動融合CT、MR、PET-CT等多種影像，自動劃分皮膚、骨骼、腦組織及血管并進行三維成像和疊加，規(guī)劃出安全的手術(shù)路徑；全自動化大臂展機械臂搭載多種手術(shù)器械，可覆蓋全腦并滿足各種體位及手術(shù)路徑需求；光學跟蹤定位儀可以實時跟蹤術(shù)中操作部位，應對各種手術(shù)突發(fā)情況。李嘯林等學者在國產(chǎn)手術(shù)機器人輔助下開展高血壓性腦出血患者顱內(nèi)血腫穿刺引流術(shù)[22] 和神經(jīng)內(nèi)鏡下切除顱內(nèi)動脈瘤手術(shù)[23]，手術(shù)治療效果均較好，也較少有嚴重并發(fā)癥出現(xiàn)。

 

2.3 心血管內(nèi)/外科手術(shù)機器人

手術(shù)機器人技術(shù)提高了心血管介入治療的精確性，降低了操作難度，其根據(jù)導管的導向能力分為被動導管機器人系統(tǒng)和主動導管機器人系統(tǒng)。當前血管介入手術(shù)中使用的多為被動導管機器人系統(tǒng)，其不具備導向能力，通過醫(yī)生手動控制導絲運動，臨床主要用于處理一些復雜及特殊的血管病變。主動導管機器人系統(tǒng)較為復雜，其頭部中空可輸送液體并有附加自由度[24-25]，可結(jié)合圖像導航技術(shù)，使自動血管介入手術(shù)成為可能，但其管徑相對較大，角度活動范圍有限是主動導管機器人系統(tǒng)設(shè)計需要解決的問題。因此，微型化、自動化、操作簡潔化是未來血管介入機器人輔助導管技術(shù)的主要發(fā)展趨勢。另外，導管需要有更好的生物兼容性和通用性[26]，使其能用于各種類型的心血管介入治療；若術(shù)中能將可視化和導航技術(shù)相結(jié)合，則可使得操作更安全、有效、簡便。目前國內(nèi)較為先進的一款心血管介入治療機器人其精度誤差比頭發(fā)絲直徑還小[27]。

 

2.4 胸外科手術(shù)機器人

2.4.1 經(jīng)皮穿刺手術(shù)機器人 微創(chuàng)穿刺手術(shù)是診斷和治療腫瘤的重要手段，但如何提高穿刺精度及縮短手術(shù)時間等問題，隨著醫(yī)學機器人技術(shù)的發(fā)展或許可以得到解決。馬良等人[27]研發(fā)了一款全自動穿刺機器人，采用雙臂式設(shè)計，實現(xiàn)了CT圖像引導下的自動定位及自動化穿刺進針，其穿刺精度及自動化程度較高，但缺乏力反饋。田佩龍等人[28]研究出一種穿刺機器人力反饋系統(tǒng)，通過模擬肝穿刺試驗和腦穿刺試驗，驗證了系統(tǒng)具有較高的控制精度及有效的力反饋。為了提高微創(chuàng)穿刺手術(shù)機器人智能化的水平，李華煜等人[29]分析了醫(yī)療機器人、機器人路徑規(guī)劃、數(shù)字孿生技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀后，提出了一種基于虛擬力場的機器人路徑規(guī)劃算法，并在數(shù)字孿生實驗平臺上完成了機器人模擬穿刺實驗。結(jié)果表明，數(shù)字孿生系統(tǒng)可以有效地指導機器人完成穿刺操作，證明手術(shù)機器人智能穿刺具備可行性。

2.4.2 支氣管鏡手術(shù)機器人 手術(shù)機器人的支氣管鏡系統(tǒng)能到達更遠、更細的氣道內(nèi)，可用于導航、定位、活檢及介入治療，是幫助診斷肺部病變的一種新技術(shù)。2022年3月30日，四川大學華西醫(yī)院李為民教授、劉丹教授帶領(lǐng)團隊成功完成了全國首例國產(chǎn)機 器人輔助經(jīng)支氣管鏡肺結(jié)節(jié)活檢術(shù)[30]。郭超等人[31]通過Meta分析得出，機器人支氣管鏡（MonarchTM和IonTM系統(tǒng)）在肺結(jié)節(jié)診斷方面安全、有效，應用前景廣闊。經(jīng)支氣管鏡活檢術(shù)較經(jīng)皮穿刺術(shù)具有創(chuàng)傷小、恢復快的優(yōu)點，但此類手術(shù)缺乏自動化。占雄等人[32]研發(fā)了新型支氣管鏡手術(shù)機器人系統(tǒng)進行可視化活檢，其融合了電磁導航和柔性內(nèi)窺鏡技術(shù)，能完成術(shù)前肺支氣管模型重建、術(shù)中手術(shù)路徑自動規(guī)劃及實時導航，提高了內(nèi)窺鏡導管控制精度及手術(shù)效率，減輕術(shù)者手術(shù)操作負擔。然而，目前經(jīng)支氣管肺活檢的診斷率（約70%）仍低于經(jīng)皮肺穿刺活檢的診斷率（約90%），相信隨著機器人技術(shù)的發(fā)展，此類問題也將得到解決。

2.4.3 主動式扶鏡機器人 2022年，本團隊聯(lián)合某世界500強企業(yè)、浙江大學機器人研發(fā)團隊以及本土醫(yī)療企業(yè)，成功開發(fā)了胸腔鏡蛇形扶持器，并研究在此基礎(chǔ)上進行智能升級，使其能夠自動扶持胸腔鏡，根據(jù)主刀醫(yī)生意圖進行調(diào)節(jié)，追蹤胸腔鏡視野中的某個器械自動移動，以解決主刀醫(yī)生與助手醫(yī)生配合度差的問題，實現(xiàn)手術(shù)去助手化，節(jié)省醫(yī)療人力資源，并緩解助手疲勞。該項目已成功申報浙江省“尖兵”、“領(lǐng)雁”研發(fā)攻關(guān)計劃并獲批，項目開展兩年多來，在多方共同努力下，目前已形成樣機，經(jīng)開展初步動物實驗，結(jié)果顯示該自動式扶鏡機器人夾持胸腔鏡穩(wěn)定（如圖1），能夠追蹤超聲刀、電鉤、吸引器等器械移動，但移動速度、識別靈敏度等仍有待提升。項目組將結(jié)合前期研發(fā)經(jīng)驗及測試數(shù)據(jù)，進一步改造升級該扶鏡機器人，以期能夠更好地適應胸腔鏡手術(shù)實際場景，并最終落地形成產(chǎn)品，造福廣大患者。

 

3、國產(chǎn)手術(shù)機器人的應用進展

目前國產(chǎn)手術(shù)機器人根據(jù)應用領(lǐng)域主要分為骨科手術(shù)機器人、神經(jīng)外科手術(shù)機器人、腔鏡手術(shù)機器人、血管介入治療機器人、支氣管鏡手術(shù)機器人及其他手術(shù)機器人，但目前都還不能自主完成手術(shù)，需要由醫(yī)生操縱機器人完成[32]。未來手術(shù)機器人的發(fā)展趨勢如下。

 

3.1 遠程同步化

在5G技術(shù)加持下，目前我國已完成多例人體超遠程機器人手術(shù)。隨著我國通信技術(shù)的進一步發(fā)展，未來手術(shù)機器人將結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、人工智能輔助技術(shù)及虛擬現(xiàn)實技術(shù)，實現(xiàn)醫(yī)生同步精準地完成遠程手術(shù)。

 

3.2 智能化

手術(shù)機器人的發(fā)展趨勢之一是可融合人工智能輔助診斷并制定個體化手術(shù)方案。手術(shù)機器人的智能化將會使人機交互系統(tǒng)個性化，其能快速有效地理解和執(zhí)行醫(yī)生的指令，具有動力反饋，能自主規(guī)劃路徑，提高手術(shù)安全性，進行術(shù)后智能評估等。

 

3.3 普及化 

“十四五”期間進一步制定了機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃，在利好政策加持下，應用市場會持續(xù)擴大，這將促使我國自主研發(fā)手術(shù)機器人技術(shù)快速發(fā)展，技術(shù)程度逐漸提升。隨著國產(chǎn)手術(shù)機器人技術(shù)更新迭代，成本逐漸降低，以及未來的醫(yī)療智能化建設(shè)所需，手術(shù)機器人將從一、二線城市逐步拓展到三、四線城市[33-34]。

 

4、胸外科人工智能手術(shù)機器人的可能架構(gòu)

4.1 系統(tǒng)組成

胸外科一站式?？茩C器人的全面構(gòu)建是多項尖端技術(shù)深度融合與創(chuàng)新的成果，旨在打造圍術(shù)期專科專病的全方位管理體系[35]。該系統(tǒng)貫穿術(shù)前精準診斷、術(shù)中精細操作、術(shù)后加速康復的全過程，集成了術(shù)前規(guī)劃、自動追蹤、精確切除、細胞學評估及增強現(xiàn)實輔助等多個功能模塊[36]，實現(xiàn)了胸外科治療的智能化、高效化與個性化。這些模塊可根據(jù)實際情況和需要，靈活選擇并綜合應用，以實現(xiàn)因事制宜、因地制宜的個性化醫(yī)療服務。

以肺楔形切除術(shù)為例，在術(shù)前準備階段，術(shù)前規(guī)劃模塊發(fā)揮著核心作用，可精確識別肺結(jié)節(jié)的位置，并據(jù)此精細規(guī)劃手術(shù)路徑。相較于傳統(tǒng)的CT二維成像技術(shù)，三維重建技術(shù)能夠提供更全面、更詳細的三維空間信息，包括結(jié)節(jié)的形態(tài)、支氣管的走向、血管的分布等，為外科醫(yī)生提供了豐富的解剖學數(shù)據(jù)，有助于醫(yī)生制定出更加精確、更加個性化的手術(shù)方案。目前，張樹亮等人[37]將三維影像技術(shù)和達芬奇機器人結(jié)合用于精準肺段切除術(shù)。同時，應用人工智能的學習算法，術(shù)前規(guī)劃模塊能夠自動分析患者的三維影像數(shù)據(jù)，預測最佳的手術(shù)路徑，實現(xiàn)手術(shù)指征的標準化，并在患者個體差異的基礎(chǔ)上實現(xiàn)手術(shù)路徑的精準化定制。術(shù)中，精準切除模塊能夠?qū)嶋H情況進行實時、細致的分析，自動且準確地判斷最佳的切除范圍，以確保手術(shù)的安全切緣。同時，它還能根據(jù)具體情況智能選擇最合適的縫合方式。而且，該模塊還可以集成自動跟蹤技術(shù)和熒光血管標記技術(shù)，以進一步提升手術(shù)的精準性和安全性。自動跟蹤技術(shù)的應用，使得手術(shù)機器人能夠?qū)崟r追蹤手術(shù)器械和組織的位置，確保切除的精確性，并有效避開重要血管和支氣管。熒光血管標記技術(shù)的引入，為手術(shù)提供了更為直觀的血管分布信息，通過注射熒光劑，手術(shù)團隊可以清晰地觀察到血管走向，從而在手術(shù)過程中更加精準地操作，避免誤傷重要血管。陳沖等人[38]通過研究驗證了熒光三維成像技術(shù)的可靠性。為了更精確地指導手術(shù)切除范圍，細胞學評估模塊中的快速現(xiàn)場細胞學評估技術(shù)被廣泛應用于良惡性病變的初步鑒別。手術(shù)機器人手臂具有高度的靈活性和精度，能夠在醫(yī)生的遠程操作下進行切割、縫合等手術(shù)操作，其手臂的末端裝有微型手術(shù)器械，如切割閉合器、縫合針等，在人工智能的配合下可以完成傳統(tǒng)手術(shù)中由醫(yī)生手動完成的復雜操作，實現(xiàn)自動化切除與縫合。

4.2 手術(shù)機器人相關(guān)人工智能技術(shù)創(chuàng)新與突破

4.2.1 三維重建 使用斷層成像的術(shù)前3D重建越來越多地應用于具有挑戰(zhàn)性的手術(shù)病例，為手術(shù)計劃的制定、實施以及患者術(shù)后的康復帶來了革命性的變革。借助前沿的重建技術(shù)，醫(yī)生能夠細致入微地勾勒出復雜腫瘤的全貌及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，精確測量實性腫塊的尺寸、定位其空間位置，并清晰展示其與毗鄰組織的相互關(guān)系，從而為手術(shù)方案的制定提供高度精確且詳盡的解剖學參考藍圖[39]。這一技術(shù)不僅可以幫助醫(yī)生制定詳細的手術(shù)計劃，還能夠在術(shù)前預測并規(guī)劃專用的血管結(jié)扎方案，從而最大限度地優(yōu)化組織保存，減少手術(shù)中的損傷。3D打印技術(shù)的引入極大地推動了胸外科手術(shù)向更加精準與微創(chuàng)的方向發(fā)展[40]，醫(yī)生可以制作出與患者實際情況高度一致的器官和組織模型，用于術(shù)前的模擬操作和訓練。這不僅提高了手術(shù)的精度和安全性，還使得機器人微創(chuàng)手術(shù)得以廣泛應用，進一步減少了患者的創(chuàng)傷和恢復時間。

4.2.2 虛擬現(xiàn)實技術(shù) 虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality，VR）技術(shù)是一種先進的計算機技術(shù)，旨在創(chuàng)建并讓用戶身臨其境地體驗虛擬世界。該技術(shù)深度融合了計算機圖形系統(tǒng)、多樣化的現(xiàn)實模擬以及精密的控制接口設(shè)備，共同構(gòu)建出一個高度互動的三維環(huán)境。用戶能夠在這個由計算機技術(shù)精心打造的空間中自由探索，享受前所未有的沉浸式體驗。將VR技術(shù)與機器人手術(shù)結(jié)合，可以帶來更為精準、高效和安全的手術(shù)體驗[41]。首先，通過整合患者的CT、MRI等醫(yī)學影像，該技術(shù)能夠創(chuàng)造出高保真度的三維虛擬人體模型。醫(yī)生利用此模型，在虛擬環(huán)境中進行手術(shù)預演，精確規(guī)劃手術(shù)路徑，包括血管結(jié)扎等細節(jié)操作，有效降低了手術(shù)過程的不確定性，提高了手術(shù)的安全性和成功率[42]。如近期王俊團隊首次將Apple Vision Pro 應用于胸腔鏡手術(shù)，術(shù)中將患者CT圖像、三維重建肺部影像等數(shù)字內(nèi)容融入真實世界，為醫(yī)生提供了高清、無延遲的影像資料支持，幫助醫(yī)生準確、有效地完成手術(shù)，或者將VR技術(shù)生成的虛擬影像轉(zhuǎn)化為“全息影像圖”，這些圖像可以覆蓋在患者真實的手術(shù)部位上，醫(yī)生在手術(shù)過程中可以清晰地看到手術(shù)器械與患者體內(nèi)組織的相對位置，確保手術(shù)的精確性。其次，VR技術(shù)可以為機器人手術(shù)系統(tǒng)提供實時導航功能，確保機械臂在手術(shù)過程中能夠準確到達預定位置[43]。通過VR眼鏡，醫(yī)生可以直觀地看到手術(shù)區(qū)域的三維視圖，與機器人手術(shù)系統(tǒng)形成無縫對接。而且，VR技術(shù)可以模擬出多種感官體驗，如力學反饋，光學反饋等，使醫(yī)生在手術(shù)過程中能夠感受到更多的信息。最后，利用VR技術(shù)構(gòu)建的虛擬手術(shù)環(huán)境，醫(yī)生可以在其中進行手術(shù)操作訓練[44-45]。這種訓練方式不僅安全、無風險，而且可以隨時進行，記錄醫(yī)生在虛擬環(huán)境中的手術(shù)操作過程，并進行客觀的分析和評估，有助于醫(yī)生了解自己的操作水平，進一步提高手術(shù)質(zhì)量。

4.2.3 術(shù)中實時病理 將術(shù)中實時病理與人工智能手術(shù)機器人相結(jié)合，可以進一步提高手術(shù)效率和診斷的準確性[46]。一是利用高新技術(shù)實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)共享與交互。術(shù)中實時病理產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，如組織切片圖像、病理診斷結(jié)果等可以實時傳輸至人工智能手術(shù)機器人的控制系統(tǒng)，手術(shù)機器人可以根據(jù)病理數(shù)據(jù)調(diào)整手術(shù)策略，確保手術(shù)的精確性和安全性。二是可以實現(xiàn)自動化標本處理。利用機器人技術(shù)可以自動化完成術(shù)中實時病理的標本處理過程，如切片、染色等，這不僅可以減輕醫(yī)務人員的工作負擔，還可以提高標本處理的效率和準確性。三是人工智能化病理診斷[47-48]。結(jié)合AI技術(shù)，可以對術(shù)中實時病理的圖像進行智能分析和診斷，AI算法可以快速識別病變組織的特征并給出準確的診斷結(jié)果，這將大大縮短病理診斷的時間，提高手術(shù)的效率和準確性。

4.2.4 病灶智能定位 隨著計算機視覺與深度學習技術(shù)的飛躍，傳統(tǒng)肺結(jié)節(jié)定位手段正邁向智能化新階段，包括CT引導穿刺、支氣管鏡導航、近紅外熒光、術(shù)中超聲、肺流域分析及無創(chuàng)定位等方法，均有望迎來智能化升級[49]。其中，機器人輔助導航系統(tǒng)融合了醫(yī)學影像、機器人操控與AI算法，實現(xiàn)了對肺結(jié)節(jié)的高效、精確定位。該系統(tǒng)首先利用CT等醫(yī)療設(shè)備捕獲患者肺部的高清影像，隨后通過圖像優(yōu)化技術(shù)如降噪、增強等，提升圖像清晰度；借助特征提取算法精準捕捉結(jié)節(jié)的形態(tài)、尺寸、位置及紋理特征；采用先進的模式識別技術(shù)對這些特征進行智能分析，實現(xiàn)肺結(jié)節(jié)的自動化識別與定位。結(jié)合三維可視化工具，醫(yī)生能夠直觀、精確地掌握肺結(jié)節(jié)的空間位置，深入剖析其與周邊血管、支氣管的復雜關(guān)系，預判手術(shù)中的解剖變異情況。這不僅幫助醫(yī)生精準鎖定肺結(jié)節(jié)所在的肺段或亞段[50]，還促進了手術(shù)方案的個性化定制，確保在切除病灶的同時，最大限度地保留健康肺組織，推動了胸外科手術(shù)的精準化、微創(chuàng)化發(fā)展。

4.2.5 鏡頭自動跟蹤技術(shù) 在胸腔鏡手術(shù)中，人工扶鏡的重要性不言而喻。然而，由于扶鏡手的技巧水平參差不齊，對手術(shù)細節(jié)的理解有限，加之長時間操作引發(fā)的手部疲勞和震顫，以及胸腔內(nèi)解剖位置的復雜性等因素，常常會出現(xiàn)底座不穩(wěn)、畫面偏移、無法與主刀醫(yī)生的手術(shù)節(jié)奏保持同步等問題。

這些問題不僅限制了術(shù)野的清晰度，還可能對手術(shù)醫(yī)生操作的精確性、手術(shù)的流暢性以及整體質(zhì)量產(chǎn)生負面影響，嚴重時甚至可能增加術(shù)中組織損傷的風險。為了克服這些問題，機器人技術(shù)的引入為腔鏡手術(shù)中的扶鏡工作提供了一種創(chuàng)新的解決方案[51]。機器人具備高精度定位、快速響應以及運動平穩(wěn)性強的顯著優(yōu)勢，并且不受情緒波動和疲勞等人為因素的干擾。當前，基于腔鏡圖像的主動式引導正成為扶鏡機器人的主流交互模式，其核心在于手術(shù)器械的視覺追蹤[52]。通過這一技術(shù)，機器人能夠?qū)崟r跟蹤手術(shù)器械的位置和動作，為主刀醫(yī)生提供更為精準和穩(wěn)定的視覺支持，從而提升手術(shù)效率和安全性。

 

4.3 面臨的挑戰(zhàn)與應對策略

手術(shù)機器人實現(xiàn)自動化切除病灶，除了面臨技術(shù)挑戰(zhàn)，倫理和法規(guī)問題也是其重要挑戰(zhàn)之一。隨著手術(shù)機器人越來越普及，如何確?；颊叩碾[私和權(quán)益成為亟待解決的問題。此外，手術(shù)機器人的使用也需要遵循嚴格的倫理和法規(guī)標準，以確保醫(yī)療安全和患者的福祉。經(jīng)濟社會方面的挑戰(zhàn)和影響需引起高度重視。手術(shù)機器人的研發(fā)和生產(chǎn)成本較高，需通過合理的資金投入和政策支持，推動手術(shù)機器人的普及與推廣，提高醫(yī)療資源的利用效率和服務水平。同時，需要對醫(yī)療人員進行培訓和技能提升，只有不斷提升醫(yī)療人員的專業(yè)素養(yǎng)和技能水平，才能更好地適應手術(shù)機器人的發(fā)展和應用。這對醫(yī)療資源的分配和醫(yī)療體系的改革都提出了新的要求。

針對當前的挑戰(zhàn)與問題，我們需采取積極主動的應對策略。首要任務是強化技術(shù)研發(fā)與創(chuàng)新能力，力求在技術(shù)層面取得新突破，以提升手術(shù)機器人的效能與智能化水平，從而更有效地滿足醫(yī)療需求，保障手術(shù)質(zhì)量。同時，建立健全倫理與法規(guī)框架，確保技術(shù)創(chuàng)新與社會價值和諧共生。制定嚴格的規(guī)范和標準，確保手術(shù)機器人的使用符合倫理和法律要求，保障患者的權(quán)益和安全。

總之，人工智能手術(shù)機器人在醫(yī)療領(lǐng)域的應用面臨著多方面的挑戰(zhàn)與問題。我們需要從多個角度出發(fā)，采取綜合措施加以應對和解決。只有這樣，才能更好地發(fā)揮手術(shù)機器人的優(yōu)勢和作用，為醫(yī)療事業(yè)的發(fā)展和人類健康水平的提高做出更大的貢獻。

 

5、胸外科手術(shù)機器人的發(fā)展

 

5.1 應用前景

隨著科技的飛速發(fā)展，人工智能手術(shù)機器人正逐漸從專業(yè)領(lǐng)域走向大眾視野，其普及與推廣已成為醫(yī)療領(lǐng)域的重要議題。據(jù)統(tǒng)計，截至2023年，全球已有超過500家醫(yī)院引入了手術(shù)機器人，其中不乏知名醫(yī)療機構(gòu)，如約翰·霍普金斯醫(yī)院和哈佛醫(yī)學院附屬麻省總醫(yī)院。這些手術(shù)機器人不僅在心血管、神經(jīng)外科等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用，而且逐漸拓展至胸外科等其他手術(shù)領(lǐng)域。以達芬奇手術(shù)機器人為例[53]，其精準度高達毫米級，遠超傳統(tǒng)手術(shù)。此外，機器人手術(shù)還能減少手術(shù)過程中的抖動，降低手術(shù)風險。目前，達芬奇手術(shù)機器人已應用于縱隔腫瘤、肺部腫瘤及食管腫瘤切除等胸外科手術(shù)中。據(jù)研究，使用達芬奇手術(shù)機器人進行非小細胞肺癌根治術(shù)可以清掃更多的淋巴結(jié)，并在肺亞段切除術(shù)上存在一定的技術(shù)優(yōu)勢[54]。然而，人工智能手術(shù)機器人在廣泛應用過程中仍面臨多重挑戰(zhàn)。首要挑戰(zhàn)在于其高昂的成本，如達芬奇手術(shù)機器人，其高昂的購置費用及后續(xù)維護成本對多數(shù)醫(yī)療機構(gòu)構(gòu)成了經(jīng)濟負擔。在現(xiàn)有達芬奇手術(shù)機器人基礎(chǔ)上進行智能升級，需投入更多的研發(fā)、轉(zhuǎn)化費用，可能造成更高的購置和維護費用。此外，手術(shù)機器人的操作要求醫(yī)生經(jīng)歷長時間的學習與訓練，方能熟練掌握其操作技巧，這亦是一個不容忽視的挑戰(zhàn)。

為了推動人工智能手術(shù)機器人的普及與推廣，政府、醫(yī)療機構(gòu)和企業(yè)需要共同努力。政府可以出臺相關(guān)政策，提供資金支持，降低手術(shù)機器人的購置成本。醫(yī)療機構(gòu)應積極強化醫(yī)生培訓，以提升醫(yī)生對手術(shù)機器人的操控能力，確保技術(shù)應用的精準與高效。同時，企業(yè)應持續(xù)加大研發(fā)投入，致力于開發(fā)擁有智能導航、智能解剖結(jié)構(gòu)識別、智能出血及碰撞預警、智能力反饋、智能切除范圍規(guī)劃、智能視野跟蹤等一種或多種功能的手術(shù)機器人產(chǎn)品，以滿足不同醫(yī)療機構(gòu)的需求，推動手術(shù)機器人技術(shù)的普及與應用。正如著名醫(yī)學家威廉·奧斯勒所言：“醫(yī)學是一門不斷進步的科學”。人工智能手術(shù)機器人的普及與推廣將為醫(yī)療行業(yè)帶來革命性的變革，讓手術(shù)更加精準、安全、高效。隨著技術(shù)的不斷進步和成本的降低，相信未來會有更多的醫(yī)療機構(gòu)和患者受益于這一先進的醫(yī)療技術(shù)。

 

5.2 倫理與法規(guī)的完善

隨著人工智能手術(shù)機器人的快速發(fā)展，倫理與法規(guī)的完善成為一個不可忽視的問題。為了確保人工智能手術(shù)機器人的安全和有效性，必須建立嚴格的倫理和法規(guī)框架來指導其研發(fā)、應用和管理。這一框架不僅涉及技術(shù)層面，還涵蓋了倫理、法律和社會等多個方面。

在倫理層面，人工智能手術(shù)機器人的應用必須遵循醫(yī)學倫理原則，尊重患者的自主權(quán)和隱私權(quán)。例如，在手術(shù)前，機器人系統(tǒng)應充分告知患者手術(shù)的風險、預期效果和替代方案；此外，機器人系統(tǒng)還應保護患者的隱私，確保手術(shù)過程中的個人信息不被泄露。在法規(guī)層面，各國政府應制定相應的法律法規(guī)來規(guī)范人工智能手術(shù)機器人的研發(fā)和應用，應明確手術(shù)機器人的準入標準、監(jiān)管機制、責任歸屬等問題。例如，設(shè)立專門的監(jiān)管機構(gòu)來負責審批和監(jiān)督機器人手術(shù)系統(tǒng)的安全性和有效性，確保其在符合標準的前提下方可上市應用。此外，為了應對可能出現(xiàn)的倫理和法規(guī)挑戰(zhàn)，人工智能手術(shù)機器人的研發(fā)者和應用者還應建立相應的倫理審查機制和法律風險防范體系，確保機器人在研發(fā)和應用過程中始終遵循倫理和法規(guī)要求，減少潛在的風險和糾紛。

總之，倫理與法規(guī)的完善是人工智能手術(shù)機器人發(fā)展的重要保障。只有建立了嚴格的倫理和法規(guī)框架，才能確保手術(shù)機器人在醫(yī)療領(lǐng)域的安全、有效應用，為人類的健康福祉做出更大的貢獻。

 

6、總結(jié)與展望

專科手術(shù)機器人是未來手術(shù)機器人發(fā)展的主流。在胸外科領(lǐng)域，人工智能通過深度模擬人類思維的方式，更好地“替代”胸外科醫(yī)師執(zhí)行結(jié)節(jié)術(shù)前診斷、定位、切除范圍規(guī)劃等任務，這種變革使得許多過去看似不可能的事情現(xiàn)在成為可能。展望未來，醫(yī)療人工智能有望改變從胸外科疾病診斷、治療到預后等全部醫(yī)療流程，與手術(shù)機器人技術(shù)結(jié)合后，將更大程度地發(fā)揮機器人在精準性、診療決策輔助等方面的優(yōu)勢，更好地造福胸外科患者。隨著人工智能技術(shù)的日益精進，我們是否能夠期待機器人全面取代人類在手術(shù)臺上的角色？同時，隨著這些智能系統(tǒng)的“進化”，我們又是否能夠確保擁有足夠的技術(shù)儲備來應對可能出現(xiàn)的各種突發(fā)狀況？此外，未來醫(yī)療人工智能可能獲取患者全部的病歷、檢查和影像等資料，有望提供快速且準確的診斷，并根據(jù)患者病情提供最優(yōu)的治療方案，在帶來獲益的同時，也可能引發(fā)醫(yī)療事故、隱私泄露等法律問題。例如，手術(shù)機器人若在輔助或替代醫(yī)務工作者進行診斷、治療和預后評估過程中出現(xiàn)錯誤，那么醫(yī)務工作者、醫(yī)療機構(gòu)以及機器人制造商可能均涉及法律責任，在現(xiàn)有法律侵權(quán)責任體系下，患者權(quán)益能否得到充分保護，仍值得探討。如上文所述，手術(shù)機器人現(xiàn)在處于弱人工智能或無人工智能階段，在適用產(chǎn)品責任與醫(yī)療損害責任規(guī)制時仍遇到了一些難題。在評估責任適用性時，法律學者建議應基于損害產(chǎn)生的不同原因分別采用醫(yī)療產(chǎn)品責任或醫(yī)療技術(shù)損害責任進行判定。對于醫(yī)療產(chǎn)品責任，可探索優(yōu)化各類缺陷認定的標準體系，并構(gòu)建手術(shù)機器人專家認證機制，以消除缺陷認定的障礙。同時，通過技術(shù)創(chuàng)新和政策扶持等手段，實現(xiàn)“算法黑箱”的透明化，從而簡化因果關(guān)系的認定流程。至于醫(yī)療技術(shù)損害責任，應遵循過錯責任原則直接將責任歸于醫(yī)療機構(gòu)。在具體判定方法上，可依據(jù)理性醫(yī)師標準或合理醫(yī)師標準，區(qū)分由自主手術(shù)機器人或醫(yī)師自身造成的醫(yī)療過失，以確保醫(yī)療過錯的準確界定。此外，應高度重視專家證人的專業(yè)意見，確保因果關(guān)系的科學認定[15，55-57]。

總之，醫(yī)生應當保持與醫(yī)療AI研發(fā)企業(yè)及團隊、法律體系之間的互動，共同尋找法律體系、醫(yī)療機構(gòu)與科技發(fā)展之間的平衡點，胸外科?？剖中g(shù)機器人的研發(fā)應結(jié)合人工智能技術(shù)，輔助病灶定位、診斷、術(shù)中導航、解剖結(jié)構(gòu)識別及預警、切除范圍規(guī)劃、甚至自動化切除等方面，更好地造福廣大胸外科患者。

 

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