一个外科医师的手术机器人漫谈（下） - 协和八

小编按：

在上篇中，我们简单了解了手术机器人的四个分类，明确这一技术顺应科技发展的三层追求：比人眼清晰、比人手灵活、见所不能见。接下来让我们继续从手术机器人的操作效果、触觉反馈、放大尺度等角度来探索一下手术机器人带给人类新时代外科手术的可能性。

操作效果

手术机器人操纵的机械臂，究竟是什么样的结构呢？笔者曾经将报废机械臂进行过拆解，基础逻辑就是轴承和滑丝的组合。计算机辅助人类操作的基本步骤几乎都是一致的，拆解动作，分析步骤、模仿动作、超越生理极限。也就是，手术机器人的操作器械通过滑丝和程序的计算，将人类的手部操作精准地复刻，复刻后的信息被以电信号的形式传导，再将电信号转导为手术台的机械信号。

手术机器人床旁机械臂系统（图源网络）

大家现在已经知道达芬奇的部分器械能达到七个自由度，活动范围也大于人手。但技术起步时，最难的其实是如何完有效复刻手术动作。注意手术机器人系统要复刻的是手术动作，而不是手部动作。试想如果对人手的关节、肌肉和韧带的数量进行完全的复制，程序的计算量大，操作端的器械体积也十分冗余。再者，回到手术的原点，真正在手术操作中的时候，大夫很少真的用手直接操作，我们只需要让机械臂操作镊子、钳子、剪子等器械的效果一样即可。

以缝合为例，针持夹针，手部活动是为了针尖垂进垂出，至于医生的手是正握还是反握，是翻手还是转腕，对于缝合本身来说并不重要。因此，手术机器人系统的操作复刻是从客体角度出发的，即被操作对象出发的。

机械臂进行缝合操作（图源网络）

以对机械臂操作的灵活性要求最高的是上篇所说的第一类腹腔镜手术机器人为例，目前市面上的操作台端，医生握持的主流有三种，达芬奇、妙手和Senhance。有兴趣的同学可以搜索一下妙手（威高集团）的新闻，观察一下差异（双手虎口相对），Senhance目前国内没有，笔者曾在国外操作过样机，手柄与腔镜器械的握持十分类似（双手虎口朝上）。手部的震颤过滤的本质是过滤掉手部的废动作，技术上有很多讨论了，这里就不展开了。不同系统间操作的差异，有的是因为操作习惯，有的则是因为专利规避。

对于骨科手术机器人来说，定位切削、置入骨钉等，机械臂要完成的是操作，至于外科医师之前在操作的时候是弯腰曲背还是凝神屏气，在动作复刻中并不重要，机械臂扛大腿肯定比人扛的稳，借助影像学扫描、计算机分析后对重建后的力学考量也更精确，这就是我们说的复刻手术操作而不是手部动作。再比如对于介入机器人来说，国内厂家还在研究，如何捕捉介入医师是如何操作导丝，让导丝末端到达指定区域，但下一步的解决方案其实是借助磁力，在体外引导金属导丝在血管里精确游走。纳米机器人或许远，但磁力引导在技术上已经实现了（动物实验阶段）。

触觉反馈

当我们尽力还原手持器械的操作效果之后，我们来到了下一个问题。手不仅仅有操作功能，还有感知功能，软硬、张力等等的触觉信息。手术机械臂能做到吗？很多文章还在聊机械臂没有力反馈，说这是机器人的弱点之一。但其实这个问题已经解决了，并且正在日趋完善。这里给大家举两个例子，第一个Senhance，当你触摸他的机械臂时，医生的握持端是能感受到触觉上的震动的。这种触觉反馈是整个机械臂（一般手术机器人机械臂分三节，悬臂-大臂-小臂），而不仅仅是终末的部分有感应器。第二个，是意大利的科学家正在做的，当人手碰触的物体阻力增大时，不自觉的细微震颤会增加，同样的原理可以用于器械的末端。当组织张力增高时，器械微小的阻尼变化可以转化后放大，传导到操作端。当然目前这几个技术，在国内暂时还没有，日常操作中，主要依靠医生的经验和视觉的还原。但，未来已来，并不遥远。

Senhance操作手柄（图源网络）

尺度问题

解决了操作和感知的问题，来到第三个层面：尺度问题。手术机器人系统在替代“手”的功能时，做的第三层尝试，放大或者缩小医师的动作。目前达芬奇还不能自主设置动作映射的比例尺，但妙手的系统上，医生可以自主选择1:1 1:15不同比例。在临床上我们经常会遇见一个难题觉得缝神经、血管十分具有挑战？眼科操作的时候，一个不小心就是严重事故？因为我们人手的尺度对于我们操作的部位来说，太大了。心外科手术很精细，但如果我们是给蓝鲸的心脏做手术呢？面对直径将近1米的心脏，那些粗糙的手残党是不是也显得如此灵巧了？那，有没有可能把人类手部动作的幅度等比例缩小呢？可以的。这就是以耳鼻喉科、眼科这些传统属于显微外科领域的手术机器人的思路。Symani以及配套的NanoWrist目前已在国外上市。

MMI Symani手术机器人（图源网络）

「群雄逐鹿」

上述提到的这些机器人种类，国内企业均有相应的参与者。比如已经拿到国内医疗入场券的威高（妙手）、微创（图迈），正在进行临床的术锐、精锋，以及赴美上市的天智航（天玑）等等。国外的医疗巨头除了机器人起家的直觉外科，强生、美敦力也纷纷通过并购、合资等操作加入战局。诸侯混战虽然看得人眼花缭乱，但对于行业的长远发展，参与的人变多，无疑是好事。临床作为产业的终端，无疑将是这场混战的获益者。

机器人手术概念图（图源网络）

医疗手术机器人未来的价格降低是迟早的事，并不是为了竞争而降价，而是商业逻辑本身就是“剃须刀”模式。也就是说，耗材的售卖未来会成为大头，而不是机器。好比你和水站买了200桶水，他们就会送你一个饮水机一样。单台手术的耗材销售为主的模式，会不停的摊薄机器本身的消耗成本，当主机成本被摊到足够薄的时候，未来租赁代替购买或带耗材量采购（送机器）也并非难事。而且每个赛道还在不断地涌现出新的技术和解决方案。觉得操纵台太憋屈，我们可以设计成开放式（妙手）。觉得病人端太占地方，我们可以让每个机械臂完全独立（Versius）。腹腔镜下的器械更好用？没关系我们整合进来（EndoWrist）。不要担心企业会被熬死，直觉外科如今大口吃肉的局面（美股一枝花），是经历将近20年的市场培育才发展至此。

最早的北美的西南医学中心在用机器人做手术时，员工私下给的外号都是Killer Machine。但截止2021年末，达芬奇全球装机7000余台，2022年Q2收入为15.2亿美元。这还仅仅是手术机器人其中一个赛道的头部企业，亚类细分下去，市场空间未可估量。事实上，我们也可以看到，这个市场确实是越来越大，这两年越来越多的地市级医院也开始采购手术机器人并开展手术。

国内某医院使用达芬奇机器人进行手术（图源网络）

未来可期

终而归一，手术机器人系统作为一种医疗器械，本质，还是器械。回到文章的初衷，从一个外科医生的角度，去看待。手术操作的三个必备条件：眼、脑、手。经过这些年的发展，无疑手术机器人系统在眼和手上正在逐渐逼近，甚至超越我们这些碳基生物。那么下一步？当然是替代人脑。有人说人工智能，未来可期。只是，时下风太大，暂时看不真切。当年风风火火的Watson诊断系统，最终隐入尘烟。真有那么一天未尝不是好事，哪怕尚需时日。聊以漫谈，和诸位一起回顾这场正在发生的革命。

不过，医疗不只是技术，多的是，我们不知道的事。

作者：退步中年

编辑：乱想泡泡

五年执医 三年模拟

精选每日一题

女，65岁。反复腹痛伴停止排气排便5天，少尿2天。查体：T37.8 ，P111次/分，R22次/分，BP80/50mmHg，全腹膨隆，全腹无压痛、反跳痛，未触及包块，肠鸣音减弱。电解质：K+2.35mmol/L,Na+137mmol/L，Cl-106mmol/L。以下治疗决策中正确的是？

向下滑动查看答案

答案：A

解析：①患者反复腹痛、肛门停止排气排便，应考虑急性肠梗阻。患者血钾 3.5mmol/L，应诊断为低钾血症。患者P111次/分，BP80/50mmHg，应考虑低血容量休克。对于伴有休克的低钾血症，应先尽快恢复血容量，待尿量 40ml/h后再静脉补钾(A)。②氯化钾溶液应稀释后再静脉滴注，不能直接静脉输注氯化钾，故不答B、E。患者处于休克状态，应尽快补充血容量，不宜利尿，故不答C。

题目来源：2020贺银成执医历年考点精析

本期小编：当归不归 糊涂柴胡