跨越实验室到临床之间的“鸿沟”
作者／ IT时报记者 毛宇
编辑／ 郝俊慧孙妍
2024年浦江创新论坛开幕
以“共享创新、共塑未来：构建科技创新开放环境”为主题的2024年浦江创新论坛9月7日～10日在上海举行。由科技部和上海市人民政府共同主办的浦江创新论坛，已成为促进全球科技创新合作的重要平台。本届论坛有300余位中外专家学者参与，共话全球科技创新合作发展。《IT时报》记者兵分多路，为读者撷取全球顶尖科学家的真知灼见和科学产业化的最新进展。
你能想象一台机器人操刀手术的场景吗？当一台手术机器人在手术台上精准操作，仿佛拥有“上帝之手”，不仅提高了手术的精确度，还为患者带来了更高质量的医疗服务。这种科技的力量，正一步步推动医疗技术的进步，逐渐改变人们对医疗的认知和期待。
9月8日，2024浦江创新论坛·青年创新讲坛上，年轻的医学技术创新者们带来了一系列关于医疗机器人的精彩演讲。
上海第九人民医院的口腔科医生刘剑楠分享了他的团队如何利用数字技术重塑颌面外科手术；上海交通大学附属第九人民医院的骨科医生张经纬介绍了他们自主研发的“鸿鹄”膝关节置换机器人，已经在国内71家医院投入使用，并成功进入国际市场……机器人正以前所未有的速度推动着医疗领域的变革。
仿真训练 天上一日，地上一年
随着材料科学的进步和人工智能技术的融合，手术机器人正在从最初的粗犷工具转变为高度智能化的精密设备，全球医疗机器人的应用已很常见。
“手术机器人的发展已经达到一个新高度。”讲坛上，同济大学副教授、博士生导师齐鹏表示，“从最早的开腹手术到现在的自然腔道手术，手术器械的演变不仅使创伤减小，还极大地提升了手术的精确度。”
当下，主流的达芬奇手术机器人已经能在医生的操控下完成精细操作，而最新的研究成果则朝着更高层次的自动化迈进。
根据弗若斯特沙利文的资料，全球手术机器人市场由2015年的30亿美元增至2020年的83亿美元，复合年增长率为22.6%。预期全球手术机器人市场将继续快速增长，并可能于2026年达到336亿美元。
中国手术机器人市场仍处于早期发展阶段，但潜力巨大。预计将以44.3%的复合年增长率快速增长，于2026年达到38.402亿美元。
眼下，研究人员正在尝试让机器人具备自我学习的能力，从而在虚拟环境中模拟并优化真实的手术过程。
“我们正在探索一种全新的训练模式。”齐鹏解释，“技术推进方向有两方面：一是虚拟现实中数字孪生技术的发展，二是对机器人学习的算力支撑，通过在虚拟环境中加速训练，如同‘天上一日，地上一年’，可以大幅提高机器人的学习效率。”
不过，尽管手术机器人取得了显著进步，其应用仍然面临诸多挑战。
最难的便是如何跨越实验室到临床应用之间的“鸿沟”，首要解决的是技术瓶颈，尤其是在生物医学与工程技术的交叉领域，如何确保手术机器人在复杂人体内环境中的安全性和稳定性，成为亟待解决的关键课题。“磁控导丝在实验室里表现良好，但在实际临床应用中，面对高速流动的血液，性能会受到很大影响。”齐鹏指出，“我们必须找到一种方法来克服这些困难，确保技术的可靠性和有效性。”
国产骨科手术机器人成功出海
你能想象机器人站在手术台上为患者进行手术吗？
1985年，工业机器人首次应用于临床，时至今日，机器人在骨科手术中发挥了重要作用但第一台中国骨科机器人上市已经是2016年，彼时以脊柱手术为主。骨关节炎是一种常见的退行性疾病，会严重影响患者的生活质量。而传统手术难以保证足够的精确度，手术机器人的加入显著提高了手术的成功率和患者的满意度。
“我们自主研发的‘鸿鹄’膝关节置换机器人，正是为了应对这一挑战而诞生的。”青年创新讲坛上，上海交通大学附属第九人民医院副主任医师张经纬如是介绍这个始于咖啡馆思想碰撞的项目。
国产“鸿鹄”膝关节置换机器人由上海九院骨科和上海微创医疗集团共同研发而成，整个团队从最初的6人扩展至如今的60多人。8年来，“鸿鹄”历经三代更迭，不仅成为“国产之光”，在国内71家医院得到了应用，还成功进入国际市场，其中包括美国和欧洲的多家顶尖医疗机构。
不过，张经纬坦承，当前技术仍然面临几个痛点。“首先是手术效率问题，尽管手术操作时间已经大幅缩短，但手术室的整体占用时间仍然较长，这限制了机器人在繁忙手术室中的应用。”此外，多功能性不足和成本也是亟待解决的挑战。“目前，机器人大多只能完成单一类型的手术，在经济上并不划算。我们正致力开发多功能机器人，希望能满足多种手术需求。”张经纬表示。
此外，团队正努力让这台机器人更小型化、更智能化。“未来，我们希望手术机器人不仅能够在医生的远程操控下完成手术，还能在一定程度上实现自主操作。”张经纬设想，在医疗资源匮乏的地区，通过远程控制技术，手术机器人能够为更多患者提供高质量医疗服务，从根本上解决全球医疗资源均衡的难题。
数字技术赋能重塑颌面
熠熠生辉的医疗机器人技术还被探索至口腔颌面外科。不同于一般人们印象中的“牙医”，口腔颌面外科医生专注于复杂的口腔肿瘤手术。
在青年创新讲坛上，上海第九人民医院的刘剑楠医生深入讲述了数字技术如何在口腔颌面外科手术中发挥作用。通过数字化手段，不仅可以帮助医生更准确地定位病变区域，还可以通过虚拟仿真优化手术方案。
团队开发了一套基于人工智能的筛查系统，通过面部识别、语音识别和下颌运动轨迹捕捉等技术，实现了远程口腔肿瘤智能筛查。
“我们开发了一款小程序，病人在家通过扫描面部、发出特定声音，系统就能初步评估是否有口腔肿瘤的风险，并建议进一步检查，”刘剑楠说。这一系统不仅提高了早期诊断的准确性，还大大降低了医疗资源的压力。
在诊断方面，团队整合了CT、MRI等多种影像数据，通过深度学习算法实现了肿瘤的自动分割和诊断。通过算法能够自动识别并区分肿瘤的良恶性，这对于制定治疗方案至关重要。
为了实现精准的截骨，团队还研发了一套手术机器人系统。“手术机器人可以在医生的引导下，实现非常安全和平稳的截骨，”刘剑楠说，“我们借鉴了中国古代的榫卯结构，设计了一种新型的固定方法，通过燕尾榫的结构实现骨骼的自然固定，无须使用钛板钛钉，避免了二次手术的麻烦。”
然而，与“鸿鹄”相似的问题是，手术机器人的应用虽然提高了手术的精确度，但手术室占用时间和成本仍是问题，如何让手术机器人更加智能化，是这些年轻团队迫切想解决的问题。
“未来的手术机器人将是医生的最佳拍档，”齐鹏满怀期待地说，“不仅能协助医生完成复杂的手术操作，还能在一定程度上减轻医护工作压力，让更多患者受益。”
排版／ 季嘉颖
来源／《IT时报》公众号vittimes
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