星标“医工学人”，第一时间获取医工交叉领域新闻动态~
高昂的财务成本和有限的证据限制了机器人手术的采用，但机器人的新用途和评估疗效的尝试可能会扩大应用范围。
图片来源：agefotostock / Alamy Stock Photo
机器人手术看起来很未来，但外科医生在 20 世纪 80 年代中期就首次使用机器人手臂1。这种势头在 20 世纪 90 年代末得到了真正的增强，当时总部位于加利福尼亚州的 Intuitive Surgical公司的达芬奇手术系统横空出世了2。如今，达芬奇系统占据了 80% 的市场。尽管 Intuitive Surgical 公司在该领域占据主导地位，但其他公司（包括CMR Surgical、强生和美敦力）也提供机器人手术平台。“这有助于促进该领域的创新，例如，通过创建模块化、开放式控制台机器人，”伦敦帝国理工学院微创手术专家阿拉·达尔齐（Ara Darzi ）说。
机器人手术可以在控制台上进行，而其他人则可以在监视器上观看。
2000年，达尔齐参加了在英国实施的首例机器人手术，即在圣玛丽医院进行的胆囊切除手术。“现在全英国各地正在积极使用 100 多台此类系统，”达尔齐说，“与微创手术的支柱之一腹腔镜检查不同，机器人系统通过立体视图和改进的人体工程学提供更好的可视化。”
机器人需要花费可观的金钱和时间
一些专家认为，某些手术可以受益于使用机器人。正如 达尔齐所说，“机器人经常用于泌尿科、妇科、普通外科以及耳鼻喉科，这些领域外科医生的工作范围很窄，而且可视化效果往往不是最佳的。”
尽管如此，医疗保健领域的每个人都不清楚机器人平台是否有所改进。英国牛津大学外科学教授彼得·麦卡洛克 (Peter McCulloch) 表示：“实际上，我们仍然没有很多证据表明他们比老式外科医生更好——至少比做微创手术的老式外科医生更好。” 另外，在手术中添加机器人不仅仅只是安装它。“你必须改变整个手术方式，”麦卡洛克说。作为一个例子，他指出，将外科医生放在机器人控制台后面“会破坏手术团队内的传统沟通和团队合作方式。” 这需要手术团队适应不同的动态环境。
金钱和时间也是关键考虑因素。机器人手术价格昂贵，根据一项市场调查，一个平台的平均成本约为140万欧元。“然后你需要考虑一次性用品的成本（每年可能达到数十万英镑）和维护成本，”达尔齐说。“这种初始支出通常会阻碍外科中心获得机器人，只有在多个财政周期都能收回成本的情况下，机器人才变得切实可行。”
就时间而言，接受《自然医学》采访的几位专家指出，建立机器人手术比手动方法需要更长的时间。“一些研究表明，与腹腔镜手术或开放手术相比，机器人手术的中位时间要长得多，”达尔齐说。“这取决于所进行的手术类型、外科医生和手术室团队的熟悉程度。”
然而，手术时间并不是唯一重要的时间指标。正如美国亚特兰大埃默里大学医学院微创外科研究员凯瑟琳·费伊 (Katherine Fay) 和埃默里圣约瑟夫医院外科主任安基特·帕特尔 (Ankit Patel) 报道的那样：“研究表明，跨多个专业——包括普通外科和肿瘤外科——接受机器人辅助手术的患者……术后住院时间比接受腹腔镜手术的患者更短” 3。
即使有了改进的人体工程学和更好的可视化，当今的机器人仍然存在一些局限性。正如费伊和帕特尔指出的那样：“与腹腔镜检查相比，机器人平台的一个主要缺点是缺乏触觉反馈。”
机器人手术有利有弊，一些专家不清楚它的影响。“我们如何科学地测试机器人手术？” 麦卡洛克问道。“测试手术比测试药物要困难得多。” 在外科手术中，即使是相同的手术，每个外科医生也会有所不同，不管有没有机器人，情况都是如此。相比之下，他说，“药物就是药物。”
对机器人手术进行科学的评估还面临着进步的压力。“早期，人们做了很多努力来对机器人进行高质量的评估，”麦卡洛克解释道。“坦率地说，他们在开始使用机器人时被蜂拥而至，令人惊讶的是，近 20 年后，只有极少数证据表明机器人比人类外科医生更好。” 麦卡洛克确实承认，机器人手术在某些手术中可能会更好一些，例如前列腺手术。
麦卡洛克认为，需要对机器人手术进行更多科学测试。“如果你打算花掉所有的钱并改变方向，那让我们确保这是正确的事情，”他说。“让科学家来证明这一点吧。”
神经外科可能是机器人的最后的前沿。Zimmer Biomet 公司开发了用于立体定向神经外科手术的 ROSA 机器人手臂。该机器人可用于各种与大脑相关的手术，包括植入电极来治疗癫痫。神经外科医生还有更多的机器人选择。
“在过去的五年里，我们的脊柱手术机器人数量呈爆炸式增长，”西弗吉尼亚大学健康科学学院神经外科主任彼得·康拉德 (Peter Konrad) 说。作为一名同时获得生物医学工程博士学位的神经外科医生，他关心机器人在神经外科手术中的价值，但也看到了在脊柱手术中使用机器人的好处。“这确实是机器人手臂的一个很好的用途，可以将螺钉和硬件放入脊柱中，”他说。“手工操作更容易出错。”
对于神经外科手术，康拉德到目前为止只看到了机器人在重复性和标准化步骤方面的价值。“我们在大型医疗中心所做的[神经外科]病例的复杂性是多种多样的，而这正是机器人无法提供帮助的地方，”他说。
康拉德说，除了将硬件植入患者的脊柱之外，“真正的优势在于我们能让机器人做一些我们无法做的事情。” 作为一个例子，他提到重新连接轴突来修复神经。由于轴突的直径只有几微米——有时甚至是几分之一微米——目前将轴突一一缝合在一起是不可能的。“这就是机器人开发人员应该去的地方，”他认为，“做我们做不到的事情。”
康拉德说，机器人很难与人手的灵巧性竞争：“人手是迄今为止我们拥有的最灵敏的仪器，因为你的视觉和触觉是一个令人难以置信的工具，机器人很难与之匹敌。”
尽管如此，专家们仍将继续努力寻找机器人手术的利基市场。波士顿儿童医院机械和生物医学工程专家 皮埃尔·杜邦（Pierre Dupont ）和他的同事正在开发一种双臂内窥镜机器人，以帮助神经外科医生在狭小的空间中工作4。“重点是你要做两件事：将成像和手臂直接带到手术部位，就像脑室空间中的肿瘤一样，”杜邦解释道。有了这个设备，神经外科医生就可以使用两种由操纵杆控制的工具。
杜邦和他的同事开发了一套以切除脑肿瘤为模型的技能测试。杜邦说，在比较使用机器人和不使用机器人完成这些测试的外科医生时，“使用机器人的速度相当快——即使是在同一位临床医生手中。” 另外，杜邦解释说，有了机器人的两只“手”，“你可以沿着肿瘤的边缘走下去，将其与周围的大脑分开。”
全球不平等
机器人手术引发了伦理问题，因为它并不适合所有人。根据 Nam Jin Kim 在 2023 年拉丁美洲健康质量与安全论坛上提供的 Intuitive公司数据，2022 年全球 7,544 个达芬奇平台中，超过 60% 位于美国，只有约 2% 位于拉丁美洲。金是巴西圣保罗以色列阿尔伯特·爱因斯坦医院外科网络的医疗主任，他希望改变这种状况。
自 2008 年以来，爱因斯坦医院已实施了超过 14,000 例机器人手术，2021 年至 2022 年间增加了 72%。“机器人手术对患者有好处——切口更小、疼痛和不适减少、住院时间更短、恢复更快、感染更少和结果更好，”金说。他还提到了人体工程学对外科医生的好处。
2022 年，拉丁美洲有 150 个达芬奇平台，其中 10 个位于以色列阿尔伯特·爱因斯坦医院。“拉丁美洲的许多医院都在努力购买他们的第一个机器人平台，”金说。“当外科医生和患者仍然无法使用这项技术时，这是一种耻辱。”
一旦获得机器人平台，外科医生必须接受培训以提供一致的结果。2019年，爱因斯坦医院成为官方直观培训中心，协议的一部分包括达芬奇平台。截至撰写本文时，该中心现已拥有四个达芬奇平台，已培训了来自 16 个国家的 1,500 多名外科医生。
手术室外
机器人可能会执行手术以外的其他临床职责。西班牙巴塞罗那自治大学的 努里娅·瓦莱斯-佩里斯（Núria Vallès-Peris）和米克尔·多梅内克（Miquel Domènech）回顾了机器人在患者护理中的使用5。这些机器人有多种用途，包括为行动不便的患者提供食物。
护理机器人从想法到应用的过程很复杂。“技术限制仍然非常重要，而且，在实验室或高度控制的机器人体验之外，这些应用程序并不总是按预期工作，”瓦莱斯-佩里斯说。“目前，谈论此类机器人的好处更多的是一种猜测，而不是我们可以凭经验验证的东西。”
机器人也可用于康复治疗6。以色列阿尔伯特·爱因斯坦医院康复中心的职业治疗师何塞·卢卡斯·奥利维拉·德·塞纳 (José Lucas Oliveira de Sena) 使用 ArmeoSpring 机器人手臂帮助患者改善因创伤性脑损伤（例如车祸）而受损的上肢运动技能疾病、帕金森氏症、中风或其他神经系统疾病。正如塞纳所说，“机器人治疗补充了传统的治疗方案，创造了一个虚拟环境，患者可以在其中磨练职业表现所必需的技能。”
ArmeoSpring 机器人手臂可以充当外骨骼，塞纳说，“它是神经系统疾病患者上肢康复的强大资源。” Sena 解释说，将该机器人与基于虚拟现实的游戏相结合，可以帮助患者“练习模仿日常生活的重复动作”。
然而，塞纳强调，就像护理机器人一样：“虽然技术进步和机器人设备预示着治疗干预的新视野，但我们必须保持清晰的态度。” 他特别指出，“建立明确的临床指南来部署这些新工具至关重要，以确保我们保留并可能增强治疗的有效性。”
人工智能驱动的自主机器人
人工智能 (AI) 有望扩展未来手术机器人的功能。正如麦卡洛克所说，“人工智能加上机器人确实给你带来了一种科幻小说中的未来可能性，而且我认为这实际上并不遥远。” 这种未来可能包括能够自行执行某些程序的自主机器人。“我认为自主机器人未来的潜力非常大，无论我们想要还是不想要它们，”麦卡洛克说。“这是一个社会问题。”
一些正在开发的用于手术的机器人设备已经使用了人工智能。例如，北卡罗来纳大学教堂山分校计算机科学教授罗恩·阿尔特罗维茨 (Ron Alterovitz) 表示：“通过利用机器人技术和人工智能的力量，我正在开发能够自主移动穿过患者解剖结构的新型机器人，以前所未有的准确性和安全性完成手术。” 例如，阿尔特罗维茨和他的同事最近描述了一种机器人，可以自主引导针穿过患者7。“它类似于自动驾驶汽车，但它可以通过肺组织进行导航，在到达目的地时避开重要血管等障碍物，”阿尔特罗维茨解释道。
尽管阿尔特罗维茨指出“医疗程序对于自主机器人来说是一个特别具有挑战性的领域”，但他相信“自主医疗机器人有潜力提高医疗程序的准确性、精确度和安全性，并实现受相对于人类的灵巧性的仪器限制而无法实现的全新程序”。
参考链接：
参考文献：
1.Kwoh, Y. S., Hou, J., Jonckheere, E. A. & Hayati, S. IEEE Trans. Biomed. Eng. 35, 153–160 (1988).
2.George, E. I., Brand, T. C., LaPorta, A., Marescaux, J. & Satava, R. M. JSLS 22, e2018.00039 (2018).
3.Fay, K. & Patel, A. D. AMA J. Ethics 25, E609–614 (2023).
4.Price, K. et al. Sci. Robot. 8, eadg6042 (2023).
5.Vallès-Peris, N. & Domènech, M. Human. Soc. Sci. Commun. 10, 345 (2023).
6.Voinescu, A., Sui, J. & Fraser, D. S. J. Clin. Med. 10, 1478 (2021).
7.Kuntz, A. et al. Sci. Robot. d, eadf7614 (2023).
END
编译 | 李升伟
编辑 | 张娜
来源 | 自然医学
关注“医工交叉前沿技术”，可进入医工学人交流群
医工学人小助手微信（申请时请备注个人信息）
推荐阅读
点击关注医工学人
本篇文章来源于微信公众号: 医工学人
