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作者按： 四十年前，微创手术如火如荼，有了一台腹腔镜便是医院里了不得的新鲜事。二十年前，机器人悄然登场，从faker 到 homie ，从星星之火到燎原之势，你方唱罢我登场，从学术大拿的弯道超车，到资本入局的诸侯混战。这些年，机器人手术究竟经历了些什么？ 一般来说，手术机器人大致可分为四大类：用于体腔内的腔镜手术机器人、以定位和辅助为主的骨科和神外科手术机器人、以血管或穿刺为主要诉求的介入类机器人和以自然腔道为主的内镜机器人。达芬奇手术机器人就是第一类腹腔镜手术机器人的杰出代表。最近一段时间大热的“鸿鹄”和大家熟悉的Mako就是属于第二类。第三类的介入机器，因为主要应用于心脏支架植入，颅内血管瘤栓塞或者肿瘤穿刺定位等，因为巨大的应用前景，属于火热赛道。第四类我们称之为柔性手术机器人，目前主要应用在支气管镜、消化内镜、尿路检查中。  “达芬奇”手术机器人（图源网络） 今天我们不讲热闹的金融市场上的融资热度和医院临床里的抢滩登陆，只从底层逻辑出发去看机器人手术究竟是如何发展而来的。 外科医生的「眼、脑、手」 机器人手术的概念脱胎于计算机辅助手术操作系统（Computer-Assisted Surgery system）。机器人手术的鼻祖之一Russell Taylor所著述的《Computer-Integrated Surgery: Technology and Clinical Applications》中对于Computer Assisted Surgery (CAS)的定义是 「It represents a surgical concept and set of methods, that use computer technology for preoperational planning, and for guiding or performing surgical interventions」 撇开枯燥而冰冷的编年史，不如让我们先回到手术本身，从一个外科医生的角度去看待这样一场革命。不同类型手术机器人系统，目标定位及发掘潜力都是不一样的。一个医生要进行手术，有三个必备条件：眼、脑、手。 就是我们常说的，「显露-思考-操作」。 那么如何更好的显露呢？外科先驱们开始了探索，体表的肿物好说，体腔内的肿物则不得不打开体腔。在显露的充分性和切口副损伤的最小化之间，取得艰难的平衡。于是切口被尽量控制，利用皮肤与肌肉的延展性，我们发明了拉钩、手术灯以及术中佩戴的放大镜等。直到成像技术的发展，使人们可以实时看到镜头另一端的情况，换而言之，我们不需要通过肉眼直接观察，而可以改用镜头观察。于是腹腔镜、喉镜、消化内镜应运而生，逐渐形成了第一代微创技术。成功实现了视觉的转化，用镜头代替人的眼睛。随着三维立体成像、高清成像和光线焦距等技术的应用，无疑让我们看的更清、看的更细。这就是第一代的手术辅助技术的思路，或者第一层追求，看清楚。  腹腔镜手术示意图（图源网络） 现在回溯历史常提到的Zeus系统，就是基于这个基本需求设计的。手术不仅要看的清楚，还不能晃，人扶着太累，我们就让机械臂扶。机械臂扶的时候术者还需要口头指令，在2003年的中国深圳，你还只能用forward、back等与Zeus交流，因为当年的他还听不懂中文。简单来说，就是医院高薪聘请了一个绝不手抖、能抗996的“外籍扶镜手”。早期的神外手术机器人PUMA560也属于这个思路。  PUMA560模型图（图源网络） 「镜随心动」 手术成像技术的第二层追求是——镜随心动。镜随心动指的是两件事：第一，如何方便的控制镜头的活动；第二，如何让镜头本身灵巧的运动。 控制镜头的活动，早期的机器人辅助系统采取的是语音、操纵杆、脚踏凳凳模式。但大家想一想，当你看不清的时候身体是不是会不自主的前倾，而当东西凑的太近，看不清的时候是不是也会不自主的后退？因此依靠身体姿势来调节镜头的活动，就是Sehance（意大利研发，国内尚未上市，公司主体已变更为美利坚）的成像系统的思路，通过术者上身的前倾和后退来调节镜头的运动。还有没有更方便的？当然有，比身体对图像反应更早的，当然是术者的「眼睛，眼球和瞳孔」的运动。有没有可能实现呢？当然有，大概类似于Google glass。当然，这个技术我目前还没有看到成熟的商业化产品。  Google glass 概念照（图源网络） 让镜头本身灵巧的运动呢？这就是第四类手术机器人内镜手术机器人主攻的方向。尽管从固定角度镜头到柔性镜头已经有了很大的进步，但以消化内镜为例，大家其实可以看到，镜头在蜿蜒的肠道里主要还是靠着操作者的旋、勾、挑、转等技巧，帮助软镜通过柔软或者说脆弱的肠腔。第四类手术机器人想做到的，就是让镜头灵巧的在人体的自然腔道内游走，向一条蛇一样恣意游走。比如已经在国外获批的强生的Monarch（气管、尿道）、Intuitive的Ion（气管）、Memic的Hominis（阴道）以及MedRobotics的Flex（直肠）均已被FDA或CE批准应用于临床。气管、消化道和尿路系统这类自然腔道，最利于开发的是其实是支气管镜。从解剖逻辑上来看，管腔相对固定，不易塌陷，镜头在其中游走自如。其次，肺部组织对比度大，借助辅助的影像学手段，术前获得的路径精确度高，利于系统做导航定位。目前来看最难的是「九曲十八弯」的肠道，管腔塌陷，路径导航困难，用老话「螺蛳壳里做道场」恰如其分。 手术规划与多模态 当成像技术变得比人眼更清晰、更灵活后，第三层的追求是什么？看见我们本来不能看见的。目前的技术主要集中在组织染色和影像学集成两个方向。目标很单纯，帮助手术医师确定正常与异常的边界，帮助医师确定深在组织切除时的安全路径、规避副损伤。 妇产科所用的醋白染色、以前常用的墨汁染色，就是确定边界的典型代表。在肝脏手术中预先阻断相应分支所获得的缺血线，就是最早的确定深在组织安全路径的办法之一。 目前在图像的鉴别上，发展比较迅猛的是影像学与手术机器人系统的结合。典型的例子就是第二类的神外手术机器人和第三类中的肿瘤穿刺定位机器人，通过将术前患者的CT、MRI等检查结果的导入，锚定靶点后精准操作。  中流穿刺定位机器人概念图（图源网络） 其实国内的神外手术机器人起步非常早。虽然NeuroNav的前身Excelim早在2004年就已获批上市（目前属于复旦医疗），当时还属于手术导航系统，到2018年上市的睿米（术锐）则完全进化为神经外科手术机器人系统了。骨科和神经外科之所以在第三层追求上发展较快，客观上是由于解剖的绝对位置在术前容易确定，术中组织间的相对位置也比较固定。 反观腹腔内的柔性组织，因为在手术操作过程中，绝对位置和相对位置都难以确定，所以发展较慢。胸腹盆腔手术，术中翻动胃肠、肝脏时各器官的相对位置处于实时变化中，组织的延展性、硬度都要考虑在内，这时如果想做到精确的术中导航，要采集、计算和变换的数据点以及运算量会成几何级数的增加。 目前的所谓3D建模和术中模型投影，还难以做到随着手术的进行而实时改变。简而言之，对于普外、妇产、泌外的手术，术中需要提供的是随之变化的「活」导航，而不是僵硬的「死」铸型。当然，计算和处理能力进一步增加后，已经有所突破，但是技术还停留在实验室阶段。  多模态3D肺部建模示意图（图源网络） 组织染色的办法，目前应用较多的是荧光吲哚菁绿为代表的肿瘤染色，但染色的精确程度还不尽如人意。区分正常和异常组织的进步主要是以来材料学和药理学结合，研发出靶向性更强、更安全的活体组织染料。  荧光吲哚菁绿染色（图源网络） *未着色部分为肿瘤 所有成像技术的进步，从理论上来说都可以运用与传统腹腔镜，而一旦将传统腹腔镜的持握和操作主体由人手改为机械臂，就构成了手术机器人系统的基本要素（如Zeus）。当这个机械臂足够灵活小巧，就是我们说的柔性机器人（如Monarch）。 但机器人手术系统是腔镜系统的升级吗？答案是否定的。回到文章的开始，手术操作，有三个必备条件，眼、脑、手。成像技术将光信号转导成电信号，最终替代了人的眼，而手术操作系统替代的则是将机械信号转导成了电信号，最终替代了人的手。 参考文献 [1] Schlachter M, Fechter T, Adebahr S, Schimek-Jasch T, Nestle U, Bühler K. Visualization of 4D multimodal imaging data and its applications in radiotherapy planning. J Appl Clin Med Phys 2017; 18(6): 183-93. 作者：退步中年 编辑：乱想泡泡 每日一题 慧眼识病 精选每日一题
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