在世界人工智能大会上表现抢眼的医疗机器人，正迎来更广阔的发展跑道。

AI赋能医疗，手术机器人的智商能有多高。

彭其

在今年的世界人工智能大会上，医疗机器人表现出色在上海研发的多臂内窥镜手术机器人获得大会最高荣誉——赛尔奖智能咽拭子采集机器人，智能外骨骼机器人，膝关节手术机器人，血管介入机器人等设备的出现，让人们对未来更加精准，高效，安全的智能医疗充满期待

作为制造业皇冠上的明珠，医疗机器人的设计和制造应用需要多学科融合发展的推动从专业的角度来看，我们今天看到的医疗机器人的智能水平其实还有相当大的提升空间可是，我们真的准备好接受可以完全取代医生的机器人了吗

医疗机器人是高端智能医疗设备的代表经过近40年的发展，它们已经成为越来越受医生欢迎的手术助手经过20多年的发展，我国医疗机器人的研究和产业也呈现出遍地开花，争奇斗艳的态势在全球后疫情时期，大健康产业进入快速发展期医疗器械行业的发展既面临着巨大的机遇，也面临着巨大的挑战，医疗机器人也迎来了更广阔的发展跑道

手术台上机器人出现的划时代序幕

根据医疗机器人应用场景的不同，医疗机器人一般可以分为三类:医院自动化设备，手术机器人，康复和辅助机器人其中，手术机器人是医疗机器人领域的核心，技术要求和门槛最高

一般认为，机器人技术首次与手术场景结合是在1985年这一年，美国洛杉矶医院的工业机器人PUMA 560应用于神经外科颅内活检，实现了机器人辅助定位下的精确采样这一探索性的大胆尝试，拉开了机器人作为智能手术工具划时代的序幕

1992年，IBM与加州大学合作开发的ROBODOC骨科机器人诞生它可以辅助外科医生进行髋关节置换，是第一个获得FDA批准的手术机器人

90年代中期，欧美等发达国家在手术机器人领域迎来了产品突破期美国斯坦福研究所创立的计算机运动公司开发的自动内窥镜最优定位系统，实现了手术机器人的商业化这种机器人可以通过医生的语音指令控制机械臂，操纵内窥镜摄像头辅助腹腔镜手术，从而避免了托镜手生理疲劳导致的镜头不稳定

2000年，美国直觉外科公司在前期研究的基础上，根据腹腔镜手术的临床需要，对伊索机器人系统进行了重新设计，开发出了通用手术机器人系统，即达芬奇机器人，并获得FDA批准。

与此同时，中国大量的临床需求吸引了国外手术机器人公司将目光投向中国市场当国外产品进入国内市场后，会进一步与国内临床医生的手术范式和习惯相融合，调整功能目前，国外一些手术机器人公司已与国内高校，科研机构，医院和企业合作，共同组建R&D中心，推动新一代手术机器人的升级和发展

如今，虽然国外手术机器人仍主导全球市场，但未来国内科研机构和企业的发展潜力不容小觑。

微创精准的医生助手越来越智能。

手术机器人经历了几个发展阶段，即从最初的工业机器人移植和应用，到通用手术机器人，再进一步演变为针对不同手术方式的各种专用手术机器人。

根据手术对象，手术机器人一般可分为硬组织机器人和软组织机器人还可以分为骨科机器人，神经外科机器人，内窥镜机器人，自然腔道机器人，血管介入机器人等根据临床应用领域进行分类目前临床应用的手术机器人代表厂商主要集中在欧美，在中国的可及手术量均超过100万例/年

主从模式是目前手术机器人的主要操作模式在主从操作系统中，主处理器记录和控制其它从处理器的状态，并向从处理器分配任务达芬奇手术机器人就是这样一种主从操作模式它主要由三部分组成:外科医生控制台，床边机械臂系统和成像系统

通过控制台，医生可以在床边机械臂系统上实现一对一的映射操作因为医生可以坐下来完成手术，不容易疲劳，时间长，难度高的复杂手术也会变得容易这种手眼同轴的便利性，使得外科医生能够更加自然流畅地进行微创手术的精细操作

此外，达芬奇机器人还有两个优点:一是成像系统可以提供清晰，放大的3D视野，具有大范围的有效手术视野，其视觉辅助功能可以帮助医生更好地对病灶进行手术，其次，它配备了多种手腕可旋转的七自由度手术器械，具有运动缩放功能，使医生在狭窄的腔体中操作更加灵活准确，避免了手术过程中的手抖。

伴随着机器人技术和人工智能的发展，手术机器人的智能化水平被赋予了更多的期待业内学者类比自动驾驶技术，将手术机器人的自主水平分为0到5级

手术机器人的发展还有很长的路要走，既然没有自主性从0级到最高5级机器人完全可以代替医生目前世界上应用最广泛的达芬奇手术机器人只代表0级，而美国Stryker公司的MAKO交互式骨科机器人已经达到1级

目前，自主式二级手术机器人正引起越来越多研究者的关注约翰·霍普金斯大学和美国国家儿童医院共同开发了一种有监督的自主软组织手术机器人，它可以在医生指示的位置进行缝合，必要时医生可以进行干预

需要指出的是，完全自主的level 5目前属于科幻级别的想法目前手术机器人的研究是针对医生助手的，因此与之相关的伦理，法律，安全将是一系列大问题

小而美出道颠覆传统形象认知

立足现在，展望未来，手术机器人的发展趋势是将术前和术中的图像结合起来，进一步提高手术的准确性同时，结合现实增强可视化技术，通过穿透视觉的方法，医生可以在形状，位置，触觉等多传感器信息的反馈和融合下，实现精确定位和操控，更加便捷地完成手术为了实现这一目标，人工智能实时计算，交互力触觉，复杂柔性人体环境识别等一系列关键技术还有待突破

在手术机器人本体创新上，各类手术机器人层出不穷，逐渐呈现出轻量化，小型化，专业化的特点，令人耳目一新。

国内手术机器人公司可以在这方面有所突破手术机器人的灵感往往来自临床，临床医生可以根据多年的经验提出很多好的想法同时，轻量化，小型化的手术机器人特别适合初创公司的开发生产这类产品的开发更有利于促进医工结合，实现以医生为主体的成果转化

在专业化的趋势下，小而美的手术机器人可能会给医生带来不一样的体验传统手术机器人往往体积庞大，术前准备，术后消毒等复杂程序在一定程度上制约了其高效使用未来的手术机器人将向体积小，无空间，搬运方便，一次性完成的方向进化，或将颠覆我们对手术机器人的传统形象认知

伴随着智能化水平的不断提高，手术机器人在发展理念上开始越来越重视人机交互这种人机交互不仅包括物理层面，还包括信息和数据流的有效沟通协作已经成为手术机器人乃至整个机器人应用方向的时髦关键词当然，这也是一个技术难点令人高兴的是，医生，患者甚至普通大众对医疗机器人的热情也表明，人类对机器智能的信任正在增加

科幻情报需要社会伦理做准备。

伴随着医疗技术的发展，临床对疾病的诊断越来越早，介入越来越精准，这对手术器械提出了更高的要求。

目前我们所说的手术机器人的手术精度是毫米级和亚毫米级，未来机器人显微手术的手术精度将达到微米级在这种情况下，微型仪器的制造将成为一个巨大的挑战

纳米机器人与医疗的结合是一个前沿研究方向微型机器人是指机器人的运动和检测精度可以达到微米和纳米级别而且这种机器人是三维结构，需要在纳米尺度上制造

起初，微纳机器人只是一个科幻概念，与真正的临床需求相差甚远它的设计主要用于药物输送和细胞操作科学家利用化学能，磁能，光能，声能，热能等供能方式，让这些人工制造的机器人在微纳尺度上运动

在医学上，我们期待微纳机器人能够进行更早的显微介入，将传感和驱动融为一体，更好地完成微观或精确的疾病治疗微型机器人等具有精准操作技能的手术机器人将对精准医疗的发展产生巨大影响

医疗机器人属于高端医疗设备，其发展需要汇集各方资源，开展广泛合作比如医疗机器人的研究，包含了很多需要科学家去解决的科学问题，也需要产学研合作来完成一些前沿技术的应用当然，相关的政策和资金投入也很关键，需要长期投资的理念和培育的眼光

不用说，医疗机器人在产品落地的过程中会遇到各种复杂的问题，也存在很多不确定的安全和伦理风险在过去的三十年里，医疗机器人集成了电子设备，成像和其他相关技术，不断推动人工智能医疗未来30年，不断进步的智能将是医学进步的重要驱动力

介入机器人产业赛道蓄势待发。

心血管疾病是世界上导致死亡的首要原因，经皮冠状动脉介入治疗已经成为心血管疾病的重要治疗手段我国介入手术数量逐年增加，目前PCI病例已超过100万例由于心血管内科特别是从事心血管介入治疗的执业医师数量不足，且地区分布不均，临床上迫切需要介入手术机器人的研发和应用

介入机器人的临床价值是非常明确的首先，通过主从控制，可以减少介入治疗中医生的辐射损伤其次，可以大大提高手术的标准化和同质化水平，使手术不会因为医生的个人因素而出现大的偏差第三，它的出现迈出了远程冠状动脉介入治疗的第一步

在这个领域，目前国外大型医疗设备企业和初创公司都有很多产品蓄势待发，而国内也有近十家企业准备进入赛道虽然目前国内还没有血管介入机器人产品获批，但由于硬件相对成熟，前期研究基础扎实，预计未来一两年内介入机器人将在国内获得许可

不可否认，介入手术机器人还有很多问题需要解决，其中最重要的就是人机交互目前，介入手术机器人还没有显著提高手术的智能化和自动化水平比如认知度很高的达芬奇手术机器人，已经做到了手术极其方便，创伤极小，但还是存在安装复杂等一些问题

因此，最近几年来介入手术机器人的技术演进主要集中在智能化方面例如，图灵CorPath GRX系统集成了technIQ智能辅助的高级功能，可以通过记录医生经常使用的仪器的操作方法，使机器人自动运行，从而提高手术的效率和可预见性同时，CorPath GRX可以测量亚毫米级精度的病变，可以定量提高手术操作的准确性，智能规划手术路径和器械输送，从而提高治疗效率，降低手术风险和并发症

伴随着医学图像分析技术的发展，虚拟支架的概念越来越多地被提及伴随着数字化术前评估技术和基于血管形态和功能的智能诊断的发展，医生可以在术前进行可视化虚拟支架放置和手术规划，从而更准确地选择最佳手术方案在传统的介入手术中，主要依靠医生的主观经验

虽然介入手术机器人国内市场指日可待，但如何确定一个合理的收费模式或商业化路径仍需慎重考虑但很显然，医疗机器人技术的进步和应用不应该成为下一个创收点，而应该为人类健康带来更大的好处

新技术，新发明推动医学向专业化，精细化发展，医疗机器人也在不断向智能化迭代未来医疗机器人的智能进化将从现在的自动化系统逐渐发展到一定的自治系统这就要求整个系统不仅要有广泛的领域知识，还要有丰富的感知和认知功能，能够根据任务调整规划，更好地辅助医生完成手术

阅读延伸

三类医疗机器人

医院自动化设备

目前，这部分智能设备正朝着定制化，精确控制的方向发展，针对医院环境中大量低效重复劳动，无尘环境或有毒有害试剂。

手术机器人

手术机器人作为医疗机器人的核心，是集医学，生物力学，机械学，计算机科学，微电子学等多学科前沿技术于一体的大型医疗仪器在控制台，成像系统和机械臂的帮助下，以微创手术的形式帮助医生实施精确控制，完成复杂的外科手术根据临床应用领域，可分为骨科机器人，神经外科机器人，内窥镜机器人，血管介入机器人等

康复和辅助机器人

康复机器人是最近几年来发展起来的高端康复医疗技术被认为是特殊环境下的可穿戴设备，具有残疾人代步，康复治疗，降低劳动强度等功能目前，康复机器人主要用于中风，脑损伤，脊柱损伤，神经损伤，肌肉损伤和骨科疾病等引起的上肢或下肢运动功能障碍，帮助患者重塑大脑的运动神经，恢复大脑对肢体运动的控制，从而提高日常生活能力

手术机器人的智能分级

自治级别0

手术机器人没有任何自主性，医生在操作手术机器人时需要执行所有的手术任务机器人系统可以响应医生的操作命令，并可以按照指令实现即时远程操作目前世界上应用最广泛的达芬奇手术机器人就是这个级别手术机器人的代表

自治级别1

在手术任务的操作过程中，机器人系统由医生持续控制，机器人可以提供一些机器指导或辅助，例如带有虚拟夹具的手术机器人St r yker公司的MAKO交互式骨科机器人就属于这个级别

自治级别2

操作机器人可以实现任务自动化医生仍然操作手术机器人进行手术当医生在手术的某一部分执行子任务时，机器人可以独立完成具体的任务与自主级别1的区别在于，在这个智能级别上，操作员间歇地而不是连续地控制系统

自治级别3

手术机器人可以实现条件自主机器人可以根据手术目标生成任务策略，无需人类医护人员过多干预即可完成任务但是，策略是否可行，还是要医生说了算

自治级别4

机器人在操作上具有高度的自主性，在操作上类似于住院医生，在主治医生的监督和指导下进行手术。

自治级别5

机器人自主决策，进行手术，不需要医生的监督要达到这一水平，目前，其相关的伦理，法律，安全等问题仍有待解决到目前为止，手术机器人的研发目的是辅助医生进行手术，而不是让机器人代替医生进行手术

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