因为技巧的成长，医疗手术在曩昔两三百年间在平安性、靠得住性，而且加快病人的康复上取得了停顿。好比，1967年人类完成了第一例心脏移植，1975年微创手术涌现，到2010年完成全体面部置换手术。
在曩昔二三十年中，微创手术切实其实成长得异常好，重要得益于微创手术器械、影象等各方面的支持。 我们在做手术之前，对全部手术已有异常好的断定。怎样做、若何达到病灶，如何最年夜水平地加重苦楚，加速病人康复，这些都是微创手术的初志。然则，现有微创手术有一个缺陷就是操作绝对艰苦。为懂得决这些成绩，在九十年月，手术机械人开端获得推行。手术机械人有哪些长处？重要可以处理微创手术三个成绩。
第一，停止精细操作时，眼睛和手的活动两个轴之间最好要重合，假如眼睛看一个处所，手往别的一个处所，许多精致的操作就比拟艰苦。 第二，灵活的手术器械，如许许多庞杂的操作包含精密缝合就可以做。第三，视野和举措可以同时缩小而且除颤。往后，机械人可以经由过程天然腔道进入人体，而且会有许多显微手术可用机械人做。
二十五年手术机械人之变
早在九十年月， 美国的Computer Motion Inc 宣布了AESOP体系并获得了FDA认证。它重要经由过程语音辨认来掌握内窥镜。以后该公司成长了Zeus体系，如许大夫可以坐着操作主机械臂，眼睛的轴跟举措的轴重合，而且视野和活动同时缩小，以便于操作纤细手术。 达芬奇体系也具有雷同功效，如今它已在临床获得普遍运用。
综不雅曩昔二三十年，手术机械人已从一个简略的体系成长成明天能停止周详掌握而且多人协作的体系。在手术机械人范畴，还有许多其他体系，包含骨科和血汗管参与的机械人。
如今，手术机械人成长一日千里。25年前，手术机械人是一新兴的技巧，如今，手术机械人曾经逐步普及。然则，它的成绩在于：第一，价钱偏高；第二，实用症不是太全；第三，术中影象和真实的智能方面还未很好的联合。虽然如斯，手术机械人的市场仍然被看好，手术机械人年均复合增長率在13%阁下，在 2020 年能够到达 180 亿美元的市场范围，而这些都是绝对比拟守旧的预算。
手术机械人的重要功效是甚么
上面我把手术机械人重要功效给年夜家演示一下。及时手术导航如今在临床上用得其实不是太广，但在往后几年，手术导航和加强实际会有许多成长和运用。由于盘算机视觉包含人工智能， 及时配准，再加上加强实际算法，会有很年夜进步。它所要到达的境地可以用上面的视频来演示。这是肾脏的部分肿瘤切除。该体系能把术前影象和术中视觉停止三维重构和配准。这不是一个简略的组合，而是及时跟踪的，肿瘤的界限都能看得异常清晰。这套体系由帝国理工医学院开辟，曾经在临床上有许多运用，特别是在微创泌尿内科。
现有手术机械人可以或许应对的实用症其实不是太广，如今重要运用于妇科和泌尿内科， 固然还有骨科。在其他内科范畴，其实不是太多。关于手术机械人，特别是须要精准参与，好比心脏手术、脑神经内科和显微手术，更须要机械人。然则，在这些范畴，机械人的成长其实不太成熟。在手术机械人范畴，美国切实其实走在了我们后面，特别是Intuitive Surgical。它的下一代产物（达芬奇SP) 曾经阅历了多年的临床研讨。它重要用于单孔微创手术，也将近推向市场了。
那末市场怎样样？全球在用的达芬奇体系机械人年夜概有4000多台。年夜家可以想一想，中国有若干三甲病院，所以市场只是方才开端，前程异常可不雅。由于这个缘由，世界各地很多始创公司也象雨后春笋一样成长起来。特别在北美、欧洲，如今在国际也有许多投资公司或许始创公司在结构这一范畴。
又贵、又年夜、又强照样又小、又灵活、又智能？
从往后的成长偏向来看，我认为我们对机械人的成长要做一些思虑。往后的手术机械人是应当成长得又贵、又年夜、又强照样又小、又灵活、又智能？应当朝如何的偏向成长？是把价钱做得更高？照样把装备做得更普及，让年夜众沾恩？
《迷信》机械人子刊在本年3月时，对往后手术机械人的成长做了一些论述。现实上，在主动驾驶范畴，已有绝对应的成长定位。我们把医用机械人分红6级。 低级也就是0级——大夫往哪里指，手术机械臂就往哪里走，其实不存在智能功效。第五级是全智能的手术机械人——这时候完整用不着大夫，机械人可以主动诊断，主动停止手术的一切步调。第五等能够完成吗？病人接收得了吗？在司法和伦理方面，能不克不及经由过程？也是值得思虑的成绩。
我小我以为，在我有生之年，第五级机械人完成的能够性其实不年夜。在研讨和家当方面，1、2、3、4级医用机械人更实际。我们要结构在哪一级？与国际临床需求能不克不及联合？可否经由过程司法和伦理？这是我们须要斟酌的成绩。
第1级机械人可以做一些简略的帮助。好比在手术进程中若何躲避年夜血管和主要的神经体系。第2级手术机械人可以主动完成大夫指定的一小步调。好比，把血管或其他器官组织停止缝合。缝合常常是机械、反复的步调，未来完整可让机械人去做。到了第3级，手术机械人便可以把手术傍边的一个步调主动做了，固然还完整在临床大夫的掌控当中。第4级手术机械人的程度便可到达普通内科大夫了，但它还没有对术中庞杂、突发事宜的应对才能，所以还须要有有经历的大夫在旁边看着，以防意外。第5级也就是第一流，它完整就象一个主任大夫了，可以全主动停止手术，无需工资干涉。往后25年，机械人会逐步走向更智能化。机械人和智能联合起来，这是一个异常好的场景。
往后假如我们要在技巧方面结构，也是从1到2、到3、4级去开辟，就须要人机合一。 这是我们研发的一个机械臂，从活动阻力方面看，它是“通明”的，刚柔并具，要用时，用很小的力，乃至用羽毛就可以推进它。所以在平安性、靠得住性、灵活性上，有异常好的机能。
谈到人机合一，机械和人如何能力有用协作？一个智者，更多时光是不雅察、懂得人家怎样说，怎样做，而不是本身在滚滚不停的说或独行其是的做。
1960年，英国一个有名的神经内科大夫 William Grey Walter，把电极移植到年夜脑皮层，经由过程思想活动停止掌握。固然这对正常的人机交互不实际，把电极移植到本身的年夜脑皮层，任何大夫也都不会准许。其它有甚么办法呢？我们可以用年夜脑功效影象或EEG， MEG，和fNIRS。
有一句话叫做“眉头一皱，计上心来”。这是甚么概念？我们日常平凡不思虑时，年夜脑前额皮层根本没有甚么旌旗灯号，然则要做一些比拟庞杂的工作时，这里年夜脑皮层的运动就许多。这有甚么感化？好比，大夫在做一个异常庞杂的手术，同时年夜脑皮层被机械人监控。大夫假如认为难度很年夜，觉得异常重要，年夜脑前额皮层就会出现出异常多的运动，这时候机械人停止的帮助就要多一点，让大夫把举措慢上去，停止提醒和赞助。假如做手术的时刻轻车熟路，就不须要机械人参与。固然这些如今还只限于基本研讨，要把它真正用在手术室内用于人机交互还不实际。
人机合一，必定如果人跟机械人之间停止无机联合。这是我们试验室经由过程 EEG, 完整用想象来掌握一个机械人的行走。
固然，做手术时场景更庞杂。毕竟能不克不及经由过程不雅察，懂得内科大夫的做法，把他头脑里想甚么、想做甚么发掘出来？这就是往后人机交互中很好的研讨偏向之一。
一种比拟可行的方法是经由过程眼动仪来完成。眼动仪把红外光打在眼球上，经由过程反光， 盘算亮点和瞳孔之间的绝对间隔，可以把你看的偏向和留意点测出来。如今眼动仪可以和盘算机屏幕联合起来，或许用在手机上，临床上测试也有许多运用。
如今我来做一个试验，在这张图片里，有许多方块，每个方块里有两种色彩，在图中只要一个是黄绿相配，年夜家找找看。
（试验停止了三次，每次图片的方块数目比之前一张多）
我问年夜家一个成绩，你在找的时刻，怎样找？用了甚么战略？为何第二次比第一次做得好？固然是学得越多做得越快。但在查找傍边你运用了甚么战略？是潜认识照样成心的？先看看我的博士生是怎样找的？他找第二个和第一个的时刻，看似相差很年夜，其实搜刮战略现实上没有转变。人眼看一张图片，100毫秒以内眼睛怎样动，怎样搜刮曾经立时决议了，这叫并行检索。眼睛是不动的，全部情形全局概念有了，然后就是一个点一个点停止扫描。人眼在辨认时，在每个点要逗留100毫秒阁下，能力鉴别细节。 由于第一张图片全部色彩差不多，有黑、黄、绿、红，这时候没有更好的战略，你可以随机做或许一行一行扫上去，这也是不错的战略。到第二幅，他在100毫秒里立时做出决议，由于全部图片绿色不多，而我们要找的图案黄绿相间，那末我把一切含绿色的方块都扫一遍，确定能很快找到最初的目的。这就是他的战略。
如许的研讨关于手术有甚么用？适才提到，AESOP体系用语音掌握内窥镜，手术室声响喧闹，欠好用。假如应用你的视觉信息，内窥镜怎样挪动便可以全主动化，随你志愿而掌握。由于我晓得你想看哪里，下一步怎样走，都懂得到了。这是我们的一套机械人演示体系，这里有一个眼动仪，做的时刻一向丈量大夫的眼动。面临分歧的大夫，机械臂会有分歧的反响，似乎晓得你想怎样做，晓得怎样赞助你，聚焦在最好视野。我第一次试用这个体系时，异常惊奇，感到机械人一下活了起来，这就是往后机械人如何能懂得操作者，变得智能化。
手术机械人成长前沿
适才提到，古代手术机械人有很多可以改良的处所，比拟粗笨，不智能化。第一，如何把它智能化？这是我们做的一套体系，很小。这是它的超柔臂，也能够做单孔、多孔，和经天然腔道。因为腔道异常狭小，要停止异常精致的手术操作比拟难。我们也有蛇形手术机械人。经由过程柔性、蛇形机械人进入体内，把内窥镜做得异常柔嫩，但又完整可控。
由于很多多少疾病源于天然腔道，对疾病的晚期医治很有远景。 蛇形机械人可以把影象加出来，好比磁共振，超声，CT断层扫描，也能够把细胞层面联合起来，好比显微影象。这是共聚焦成像，停止光活检。往后的医学必定是晚期诊断晚期医治，辅以精准手术。晚期病灶常常异常小，应用手术机械人加上影象，一边手术边，一边及时把肿瘤界限检测出来。往后手术中看见的不会长短常年夜的器械，而长短常灵活、无处不在的机械人手术器械。
结语
最初，要强调的是：25年之前，手术机械人切实其实是一个新兴事物，这一阶段的重要目标是若何把手术机械人用起来，处理一些成绩。往后25年，手术机械人的成长偏向是：第一，智能化。所谓的智能化其实不是简略的用人工智能能处理，普通人工智能处理不了的成绩，就用深度进修。深度进修在手术运用上要比拟留意，由于每一个人的病症纷歧样， 体内情况纷歧样，没有 “年夜数据”去供给机械进修、练习。 机械人的智能更多在于人和机械的无机联合。人和机械二者联合，相互懂得，智能衔接。第二，机械方面，若何把机械臂做小，做周详，刚柔并具，这是往后值得做的器械。第三，传感影象联合起来，包含力、触觉反应和显微及时影象。
假如能把这几点做好，做精了，往后25年，手术机械人在临床上会用得愈来愈多，由于它能处理一些如今弗成处理的成绩。临床上也可以或许助力成长精准医学。在精准医学中，精准手术会先行一步，这一切须要手术机械人、影象、传感、人工智能、盘算机视觉周全成长，也须要年夜家一路研讨、运用、家当化、和临床推行上协作尽力。
