劉浩 | 讓世上不再有難做的手術(shù)

“機(jī)器人在很大程度上解放了人的大腦，把他的精力從技巧性的操作和對(duì)疾病的辨識(shí)中解放出來(lái)，讓他把精力更多用在怎樣治病上?！?/p>

劉浩

中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所

在過(guò)去的15年里，我一直在追求一件事情，就是讓世界上再?zèng)]有難做的手術(shù)。

按理說(shuō)這是一個(gè)醫(yī)生應(yīng)該追求的事情，其實(shí)我做這件事情跟醫(yī)生有很大的關(guān)聯(lián)度。我從小對(duì)醫(yī)生這個(gè)職業(yè)就非常崇敬，我出生的時(shí)候重度貧血，可以說(shuō)生命是母親給的，但卻是醫(yī)生救的。我相信很多人可能也會(huì)有一些類似的經(jīng)歷。

大概是在1997年，在我讀高中的時(shí)候，有一部非?；鸬碾娨晞　都t十字方隊(duì)》，里面講述了部隊(duì)醫(yī)生成長(zhǎng)的一些經(jīng)歷，對(duì)我的觸動(dòng)非常大，當(dāng)時(shí)我就想報(bào)考第四軍醫(yī)大學(xué)。

比較遺憾的是我錯(cuò)過(guò)了體檢，沒(méi)有成為一名醫(yī)生，我認(rèn)為這可能是我人生軌跡的一個(gè)改變。

但巧合的是，我在哈爾濱工業(yè)大學(xué)讀大三的時(shí)候，我的導(dǎo)師王樹(shù)國(guó)教授引導(dǎo)我接觸了手術(shù)機(jī)器人。從那個(gè)時(shí)候開(kāi)始，我就開(kāi)始更多地接觸醫(yī)生這個(gè)職業(yè)，特別是一些做手術(shù)的外科醫(yī)生。

手術(shù)在人們心目當(dāng)中是什么樣子的呢？可能有一些基本的認(rèn)識(shí)，如果說(shuō)從患者的角度來(lái)說(shuō)，我們可以很容易理解，做手術(shù)這件事應(yīng)該是很痛苦的，但是我們其實(shí)很難理解醫(yī)生的內(nèi)心世界是一種什么樣的心理。

我們跟醫(yī)生有了更多接觸之后，發(fā)現(xiàn)醫(yī)生這個(gè)職業(yè)其實(shí)要承受非常大的心理壓力。

做手術(shù)的時(shí)候，醫(yī)生的精神要高度集中，他的心里也非常緊張。

甚至做手術(shù)到最后，他的內(nèi)心是非常崩潰的。

因?yàn)檫@個(gè)手術(shù)（胰十二指腸切除術(shù)）確實(shí)非常難做，特別是一些外科手術(shù)，一個(gè)微小的錯(cuò)誤就有可能導(dǎo)致血管出血，那么大出血有可能隨時(shí)危及到患者的生命。

在這樣一個(gè)背景下，醫(yī)生承擔(dān)的是對(duì)于人的生命和健康的一種責(zé)任。

胰十二指腸切除術(shù)

這是一個(gè)非常有名的手術(shù)，可以說(shuō)是普外科里面的一個(gè)巔峰手術(shù)。

從視頻中可以看到，需要一層一層地把血管離斷，把一些組織切掉，然后把切斷的血管再吻合上。這個(gè)手術(shù)涉及到4個(gè)臟器，會(huì)交替使用30多把器械，手術(shù)時(shí)間達(dá)到8-10個(gè)小時(shí)。

我第一次聽(tīng)醫(yī)生給我介紹這個(gè)手術(shù)的時(shí)候，確實(shí)被震驚到了。我心里其實(shí)還有另外一個(gè)想法，當(dāng)初沒(méi)有做一個(gè)醫(yī)生，可能也是幸運(yùn)的，因?yàn)樽鲞@樣的手術(shù)，確實(shí)非常的復(fù)雜，超出我的想象。

后來(lái)，逐漸接觸了更多這樣復(fù)雜的手術(shù)，我就在想手術(shù)機(jī)器人能不能去解決這些問(wèn)題。幸運(yùn)的是，現(xiàn)在的手術(shù)機(jī)器人技術(shù)已經(jīng)有了很大程度上的發(fā)展，有很多手術(shù)機(jī)器人可以在臨床中使用了。

想象中的手術(shù)機(jī)器人

其實(shí)我最開(kāi)始接觸手術(shù)機(jī)器人領(lǐng)域的時(shí)候，我頭腦中關(guān)于手術(shù)機(jī)器人的印象是這樣的。

但實(shí)際上發(fā)展到現(xiàn)在，手術(shù)機(jī)器人受到不同手術(shù)的部位以及操作等各種因素的影響，它的種類千奇百怪、五花八門(mén)。到目前為止，從頭發(fā)絲到腳趾頭有各種各樣的手術(shù)機(jī)器人在臨床使用或者在研究中。

這些手術(shù)機(jī)器人的種類差異也非常顯著，比如說(shuō)做腹腔部位的手術(shù)機(jī)器人，它使用非常細(xì)的內(nèi)窺鏡可以插到腹部，然后利用手術(shù)鉗、手術(shù)剪去做軟組織的手術(shù)。

而骨科機(jī)器人就會(huì)用一些鉆、磨這樣的工具來(lái)操作骨頭這樣的硬組織。

這些手術(shù)機(jī)器人種類繁多，發(fā)揮著各自的作用，它們會(huì)給我們帶來(lái)什么呢？可以直觀地去想象一下，我們可以很容易地把手術(shù)機(jī)器人跟人對(duì)比，手術(shù)機(jī)器人有手、有眼睛。

比如，手術(shù)機(jī)器人的手是不會(huì)抖的。幾年前，如果說(shuō)你想從事外科這個(gè)職業(yè)，你的手如果有一些不可控的抖動(dòng)，雖然沒(méi)有達(dá)到像帕金森病人那樣完全無(wú)法控制的抖動(dòng)，那么這個(gè)職業(yè)可能基本上就跟你無(wú)緣了。

再比如，手術(shù)機(jī)器人可以把人的手工操作縮小好多倍，像兩三毫米的血管縫合也可以做的非常精細(xì)。

此外，手術(shù)機(jī)器人不會(huì)說(shuō)累，不會(huì)罷工，它可以長(zhǎng)時(shí)間地保持很穩(wěn)定的手術(shù)操作。這些都是能想到的、非?；镜氖中g(shù)機(jī)器人給我們帶來(lái)的好處。

但是我們可能更關(guān)心手術(shù)機(jī)器人在手術(shù)臺(tái)上，針對(duì)患者到底給我們帶來(lái)了什么？給醫(yī)生帶來(lái)了什么幫助？用這三個(gè)小故事介紹一下手術(shù)機(jī)器人給我們帶來(lái)了什么。

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把“手”放入腹腔中進(jìn)行精細(xì)操作

第一個(gè)故事是，幾年前，我去拜訪北京友誼醫(yī)院一位非常著名的外科專家張忠濤教授，他給我講述了外科手術(shù)發(fā)展的過(guò)程。

腹腔手術(shù)的逐步升級(jí)

在很早的時(shí)候，醫(yī)生直接打開(kāi)患者的胸腔、腹腔，在一個(gè)開(kāi)放的環(huán)境當(dāng)中做手術(shù)，這種手術(shù)操作其實(shí)還是挺簡(jiǎn)單的。

雖然這種方式達(dá)到了手術(shù)的效果，但是并沒(méi)有關(guān)注患者的生命質(zhì)量，而且會(huì)在患者的身體上留下非常長(zhǎng)的疤痕。

到了20世紀(jì)80年代的時(shí)候出現(xiàn)了腹腔鏡手術(shù)，就是在人的腹腔上打4到5個(gè)指頭粗的小孔，然后把細(xì)長(zhǎng)的內(nèi)窺鏡和手術(shù)器械放到人的腹腔中進(jìn)行微創(chuàng)手術(shù)。

做完手術(shù)之后，患者身體上會(huì)留下四五個(gè)很小的疤痕。

再到最新的技術(shù)，我們把所有的手術(shù)器械通過(guò)一個(gè)窗口放到人的腹腔里，手術(shù)做完以后發(fā)現(xiàn)沒(méi)有疤痕。實(shí)際上是利用了人的肚臍這個(gè)天然的疤痕。

有些年輕的女性覺(jué)得自己的肚臍不太漂亮，她可能會(huì)給自己的肚臍做一個(gè)美容手術(shù)，然后可以穿露臍裝。有這樣新的技術(shù)，我們做一個(gè)手術(shù)，可以把它當(dāng)成給自己的肚臍做一個(gè)美容。

在這個(gè)過(guò)程中，疤痕越來(lái)越少，對(duì)于患者來(lái)說(shuō)這個(gè)結(jié)果是很完美的。但對(duì)于醫(yī)生來(lái)說(shuō)，卻完全是相反的，他的手術(shù)難度提升的級(jí)別非常高。

這是一個(gè)做單孔手術(shù)的場(chǎng)景，想象一下，當(dāng)我們把很多器械、內(nèi)窺鏡都從一個(gè)孔道放到腹腔里的時(shí)候，這些器械的操作必然會(huì)打架。

做手術(shù)的時(shí)候，醫(yī)生操作手術(shù)鉗時(shí)，他的體外運(yùn)動(dòng)和手術(shù)鉗的運(yùn)動(dòng)剛好是相反的，而且手術(shù)器械本身非常不靈活，這就會(huì)導(dǎo)致手術(shù)器械之間打架，讓醫(yī)生做手術(shù)的時(shí)間變得非常長(zhǎng)。

我們需要一個(gè)具有一系列的手的手術(shù)機(jī)器人。

我們想了很多方案，也做了很多嘗試，最后我們想到借鑒自然界中的一個(gè)生物。它是一道美食，在北京有一條街專門(mén)做這個(gè)美食，就是小龍蝦。

小龍蝦的形態(tài)非常好，因?yàn)樾↓埼r的眼睛和兩只手正好構(gòu)成了手術(shù)中一個(gè)非常專業(yè)的術(shù)語(yǔ)叫手術(shù)三角，人做手術(shù)的時(shí)候也是兩只手張開(kāi)，眼睛看著，這樣的一個(gè)三角關(guān)系才能把手術(shù)做好。

我們的器械就是從這種生物的特性衍生過(guò)來(lái)的，從結(jié)構(gòu)上看，它們非常相似，有兩只手、有眼睛，而且手和眼睛可以非常靈活自如地發(fā)生形變運(yùn)動(dòng)，也就達(dá)到了我們做手術(shù)的要求。

它的自由度首先是夠用的，6到7個(gè)靈活變形的自由度，其實(shí)已經(jīng)達(dá)到了人的手臂的這種靈巧度，而且它的操作精度可以達(dá)到毫米級(jí)，這就滿足了醫(yī)生做精細(xì)手術(shù)的要求。

我們只是在它的動(dòng)作上把人的手術(shù)操作恢復(fù)了。其實(shí)用手術(shù)機(jī)器人還面臨一個(gè)問(wèn)題，我們?cè)瓉?lái)拿著手術(shù)刀去切割組織的這種力感丟失了，所以我們又研發(fā)了小型的傳感器，集成在手術(shù)器械的前端，精度能夠達(dá)到毫牛級(jí)。

這已經(jīng)遠(yuǎn)超出人的手能感覺(jué)的這種分辨率。我們還研發(fā)了人機(jī)交互的設(shè)備，能夠讓人在操作的時(shí)候體會(huì)到這種力感，這樣的話，我們就把人的手部運(yùn)動(dòng)和力感都恢復(fù)了。

這是我們做力感實(shí)驗(yàn)的視頻，我們可以看到各個(gè)方向的操作力，而且都可以采集出來(lái)。

當(dāng)然，我們也做了一些非常有意思的視頻。這是葡萄皮縫合的實(shí)驗(yàn)，它的操作非常精細(xì)，葡萄皮非常薄，果肉非常軟，我們縫合之后，葡萄還是完好無(wú)損的。

這個(gè)視頻更有意思了。這是我的一個(gè)博士生的創(chuàng)意，他想既然這個(gè)手術(shù)器械是從小龍蝦這種生物衍生過(guò)來(lái)的，好，我們打一架。這個(gè)手術(shù)器械給小龍蝦來(lái)了一個(gè)抱摔。

小龍蝦的內(nèi)心可能挺崩潰的。搞研究的過(guò)程雖然很辛苦、很枯燥，但實(shí)際上還是有很多有意思的事情，如果想從事這個(gè)研究，這也是一個(gè)很好的印證，我們其實(shí)還是能夠體會(huì)到研究過(guò)程中給自己帶來(lái)的一些樂(lè)趣。

當(dāng)然，在真正臨床使用前，我們會(huì)在動(dòng)物身上試一試。這是第一例動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的畫(huà)面。醫(yī)生在操作過(guò)程中刻意用操作手柄去嘗試，確實(shí)感覺(jué)這種操作非常靈巧，這就解決了之前說(shuō)的器械打架的問(wèn)題。

從上面這個(gè)故事，我們得到的啟發(fā)是機(jī)器人就是延伸了人的手，相當(dāng)于把人的手放在腹腔里做非常精細(xì)的操作。有了這么靈巧的操作，其實(shí)還是不夠的。

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“看見(jiàn)”病變區(qū)域

第二個(gè)故事，幾年前，我去參觀一臺(tái)機(jī)器人做的手術(shù)。當(dāng)時(shí)這個(gè)患者有一個(gè)肺部結(jié)節(jié)，手術(shù)前，醫(yī)生通過(guò)一些染料在患者身體的結(jié)節(jié)周圍打了一圈標(biāo)記。

但是在手術(shù)過(guò)程中這些標(biāo)記找不到了，最后通過(guò)醫(yī)生豐富的經(jīng)驗(yàn)去判斷，還是艱難地找到了標(biāo)記。

這反映了一個(gè)問(wèn)題，即便你的手很靈巧，但如果你的眼睛看不到組織表面以下的這些病變，還是做不好手術(shù)的，手術(shù)依然困難。

人體在書(shū)本與人眼中的區(qū)別

左邊是教科書(shū)上能夠看到的，人的組織器官分得非常鮮明，血液都是有顏色的。右邊是醫(yī)生看到的畫(huà)面，所有的組織器官全都是摞在一起的，無(wú)法區(qū)分血管和病變。

隨著技術(shù)的進(jìn)步，也為手術(shù)機(jī)器人帶來(lái)了一些突破。像圖中就是用一種染色的辦法，通過(guò)熒光成像，把它的圖采集回來(lái)，這樣手術(shù)機(jī)器人就可以看到病變?cè)谀睦铩?/p>

這是腫瘤的剝離視頻。在手術(shù)過(guò)程中，我們可以看到哪個(gè)地方需要做手術(shù)，非常明顯。

當(dāng)然還有另外一種技術(shù)，就是增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)。我們?cè)谛g(shù)前可以通過(guò)CT、超聲診斷出一些病變，把它三維呈現(xiàn)出來(lái)，并且在三維圖像上能夠找到這些病變組織，包括一些血管，然后再疊加到我們的手術(shù)過(guò)程中。

它讓機(jī)器人知道什么地方可以做手術(shù)，什么地方不能做手術(shù)，規(guī)避一些像血管、神經(jīng)等功能性的、風(fēng)險(xiǎn)非常高的部位。機(jī)器人技術(shù)是對(duì)人的眼睛做了一個(gè)擴(kuò)展。

有了手和眼的提升之后，我們自然而然會(huì)想機(jī)器人在智能化的、智商上的提升。

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為醫(yī)生“解放”大腦

內(nèi)窺鏡的檢查

第三個(gè)故事，是關(guān)于內(nèi)窺鏡的檢查。內(nèi)窺鏡的檢查主要是沿著人的腔道送入一面鏡子，能夠看到是不是有早期的一些癌癥、一些息肉，可以早診斷、早治療。想象一下，如果把管子插到自己身體里，還是挺痛苦的。

這是一個(gè)患者在做胃鏡介入的畫(huà)面，其實(shí)躺在那的是我本人，我很健康，消化道沒(méi)有問(wèn)題，做這件事情是因?yàn)槲覀兏袊?guó)人民解放軍總醫(yī)院有合作。

醫(yī)生希望我們做一臺(tái)手術(shù)機(jī)器人，代替他們或者輔助他們做診斷和治療，我克服了自己心里的恐懼，為了做好這臺(tái)機(jī)器人，我算是對(duì)科研做出了一次獻(xiàn)身。這中間我也有緊張的時(shí)候，想打退堂鼓，但還是堅(jiān)持了下來(lái)。

后來(lái)在跟醫(yī)生溝通的過(guò)程中，他向我們表達(dá)，其實(shí)醫(yī)生在做內(nèi)鏡介入的過(guò)程中，他的操作需要經(jīng)過(guò)曲折的腔道，他的大腦還要去想怎么樣操作，能夠避免對(duì)這個(gè)組織做很大的牽拉。

同時(shí)他還得去關(guān)注像這幾張圖中形態(tài)各異的各種疾病，這樣的話，他的大腦就被很大程度上占據(jù)了。

有了這個(gè)分析，我們就做了一些研究，一方面，我們希望做一臺(tái)手術(shù)機(jī)器人，能夠讓這個(gè)操作像打游戲一樣輕松、簡(jiǎn)單。

另外一方面，我們希望在內(nèi)鏡采集的過(guò)程中加入人工智能的方法，能夠讓它自主地去辨識(shí)出哪些是病變，給醫(yī)生一些提示，這樣就會(huì)降低醫(yī)生的操作難度，讓他變得輕松一些。

這是2017年12月，我們首次在人體里面實(shí)現(xiàn)了消化內(nèi)鏡的操作，醫(yī)生真的非常輕松，像玩一樣去做內(nèi)鏡介入，在介入的過(guò)程中，我們其實(shí)一直在不斷采集內(nèi)鏡跟人體組織介入的力的大小，來(lái)保持操作的安全性。

有了這些技術(shù)之后，我們自然而然就想到能不能讓機(jī)器人自己去干這件事。

視頻展示的就是我們的一次嘗試，還是非常成功的，機(jī)器人可以自己憑借圖像、憑借它的力感和運(yùn)動(dòng)能夠從人的口腔一直走到十二指腸的部位。當(dāng)然這是在模型里做的。

通過(guò)這個(gè)例子，想傳達(dá)的是機(jī)器人在很大程度上解放了人的大腦，把他的精力從技巧性的操作和對(duì)疾病的辨識(shí)中解放出來(lái)，讓他把精力更多用在怎樣治病上。

這就是我想傳達(dá)的三個(gè)方面，機(jī)器人是人手的延伸、眼的擴(kuò)展和腦的解放。

問(wèn)題來(lái)了，很多醫(yī)生朋友強(qiáng)烈譴責(zé)我，說(shuō)我這是砸他們飯碗的行為。其實(shí)我感覺(jué)挺委屈的，我們仔細(xì)看一下，我們想做的事情是不再讓世界上有難做的手術(shù)，不是不再有醫(yī)生。

因?yàn)椴∵€是得醫(yī)生去治，手術(shù)機(jī)器人只是醫(yī)生一個(gè)很好的輔助工具。隨著技術(shù)的進(jìn)步，我們所面臨的一些更難做的手術(shù)，就能夠去做了。

比如說(shuō)像空間上的難度、時(shí)間上的難度，比如守島官兵的急救，他們的手術(shù)都可以用機(jī)器人的技術(shù)延伸到現(xiàn)場(chǎng)，第一時(shí)間精準(zhǔn)地完成手術(shù)操作。那么也會(huì)給我們的健康帶來(lái)一些好的、有重要意義的幫助。

醫(yī)生始終站在臺(tái)前爭(zhēng)分奪秒地?fù)尵?，?lái)保障大家的生命與健康。

在這條道路上，他們不是孤單的，還有我們，因?yàn)楸Ｗo(hù)人類生命和健康是我們向往和熱愛(ài)的，是我們共同的使命。

文章和演講僅代表作者觀點(diǎn)，不代表格致論道講壇立場(chǎng)。

“格致論道”，原稱“SELF格致論道”，是中國(guó)科學(xué)院全力推出的科學(xué)文化講壇，由中國(guó)科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心和中國(guó)科學(xué)院科學(xué)傳播局聯(lián)合主辦，中國(guó)科普博覽承辦。致力于非凡思想的跨界傳播，旨在以“格物致知”的精神探討科技、教育、生活、未來(lái)的發(fā)展。