手術(shù)刀不再抖：眼科手術(shù)機器人完成首批臨床實驗
撰文 | 周鳴川（慕尼黑工業(yè)大學機器人與嵌入式研究所）
師云雷（微創(chuàng)醫(yī)療機器人有限公司研發(fā)部）
責編 | 蔣海宇
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2018年6月18日，英國牛津大學發(fā)布消息稱，該校一個團隊在新型醫(yī)療機器人設備輔助下，為多名病患完成了眼部手術(shù)。牛津大學稱，此次臨床試驗證明相關(guān)機器人技術(shù)能安全、可靠地應用在這類對精確度要求極高的手術(shù)中。
該研究主要由英國牛津大學附屬眼科醫(yī)院，及荷蘭埃因霍溫Preceyes BV公司共同完成。牛津大學提供臨床條件，Preceyes BV公司提供該公司研發(fā)的顯微手術(shù)機器人：PRECEYES 手術(shù)系統(tǒng)（圖1）。
臨床試驗中，病人都患有視網(wǎng)膜黃斑裂孔，需要進行視網(wǎng)膜部分膜層剝除操作（一種典型的玻璃體視網(wǎng)膜手術(shù)），以修復裂孔改善視力。
?圖1 PRECEYES 眼科手術(shù)機器人系統(tǒng)（來源：Eindhoven University of Technology）
“Preceyes公司實施的玻璃體視網(wǎng)膜手術(shù)并非眼科手術(shù)中最難的類型，畢竟很多醫(yī)生徒手也能完成手術(shù)，但是PRECEYES手術(shù)機器人系統(tǒng)確實是個很好的應用?！奔s翰·霍普金斯大學高級醫(yī)用器械和機器人研究實驗室副教授Iulian I. Iordachita告訴《知識分子》。
“同樣做眼科機器人的魯汶大學更有優(yōu)勢，因為他們設計的協(xié)同手機器人能幫醫(yī)生實施徒手無法完成的手術(shù)，比如視網(wǎng)膜靜脈插管術(shù)（RVC）。”他在郵件中寫道。
什么是玻璃體視網(wǎng)膜手術(shù)？
玻璃體視網(wǎng)膜手術(shù)對精度要求極高。醫(yī)生需要在鞏膜上安放三只套管：一只用來安放眼壓泵，以保證手術(shù)過程中的正常眼壓，使眼球保持充盈外形；一只套管放置顯微眼科手術(shù)器具；最后一只套管放置光纖，供手術(shù)照明。
?圖 2 玻璃體視網(wǎng)膜手術(shù)示意圖（來源：Zhou et al. 2018）
手術(shù)主要面臨三方面的挑戰(zhàn)。一是精度要求：理想手術(shù)操作精度要求為10微米（頭發(fā)直徑約為80微米，醫(yī)生手部物理抖動幅值一般為100微米）。二是手術(shù)中微弱的觸覺反饋：眼科手術(shù)器械與視網(wǎng)膜作用力在15毫牛以下（1牛=1000毫牛，一個雞蛋重力約為0.5N）。三是手術(shù)中微弱的視覺反饋：此類手術(shù)發(fā)生在眼球內(nèi)部，因此需要光纖照明，又因為視網(wǎng)膜透明，所以手術(shù)視野很差。因此，該手術(shù)需要多種儀器，經(jīng)歷繁雜的手術(shù)流程，一般由主刀醫(yī)師，及多個助理醫(yī)師，協(xié)助操作完成。
?圖 3 PRECEYES的主操作手結(jié)構(gòu)。該操作手安裝有電機，可向醫(yī)生提供力反饋。圖片來源：Eindhoven University of Technology YouTube Channel
?圖 4 PRECEYES的從操作手機構(gòu)，呈雙平行四邊形。
臨床方案及結(jié)果
12位患有視網(wǎng)膜黃斑裂孔的病人進行了手術(shù)，病人被隨機分配到2個小組，分別由醫(yī)生手動，或者由醫(yī)生操作機器人完成。手術(shù)由兩個指標評估：手術(shù)成功率和手術(shù)持續(xù)時間。
實驗結(jié)果表明，手術(shù)成功率差別不大，皆為100%；但是機器人輔助手術(shù)的操作時間更長。機器人輔助手術(shù)全部操作平均持續(xù)時間為55min，而手動操作全部手術(shù)平均時間為31min。
該研究同時還應用機器人，配合卡爾·蔡司術(shù)中OCT成像儀器Rescan 700，進行了視網(wǎng)膜下注射。研究表明，這款機器人輔助手術(shù)在眼科視網(wǎng)膜顯微手術(shù)中是安全可行的。
?圖 5 手動手術(shù)和機器人輔助手術(shù)指標對照。圖a,b為關(guān)鍵步驟操作時間，圖c為全部手術(shù)操作時間，機器人劣勢明顯；圖d為微損傷數(shù)量對比，這項機器人占優(yōu)，但是統(tǒng)計學意義不明顯。（來源：Edwards etal. 2018）
該團隊發(fā)表的文章，討論了醫(yī)療機器人在手術(shù)中的應用爭議。機器人手術(shù)提高了操作精度，但是往往延長了手術(shù)時間；并且，機器人手術(shù)的臨床效果，并不比經(jīng)驗豐富的醫(yī)生優(yōu)秀太多。該團隊因此認為，人機交互的效率需要進一步優(yōu)化，這將是影響眼科手術(shù)機器人推廣的重要因素。
筆者認為，手術(shù)機器人的早期優(yōu)勢在于能夠降低學習曲線，增加能做相應手術(shù)的醫(yī)生數(shù)量，從而救治更多的病人；遠期優(yōu)勢則在于能夠應用自動化、智能化的技術(shù)提高人機交互水平，并將手術(shù)流程和操作標準化，最終提高手術(shù)的效果和效率。
“后續(xù)的研究重點，會在機器人系統(tǒng)的設計上，使機器人更容易被眼科醫(yī)生所接受，并優(yōu)化機器人系統(tǒng)的學習曲線，以及進一步提高機器人系統(tǒng)使用過程的安全性等等。” Iordachita說。
知識分子小黑板
主從遙手術(shù)機器人（Master-slave Robot Remote Surgery）
主從遙是一種機器人的控制方式，即從機器人跟隨主機器人的指令運動。遙控玩具車便是利用主從遙的控制方式。除了主從遙機器人，機器人還能通過其他方式幫助醫(yī)生，比如：醫(yī)生和機器人共同控制手術(shù)器械，以及基于磁力控制的微型機器人。目前仍然活躍的中國研究單位主要有北京航空航天大學及中山大學。
參考文獻：
1. Edwards T L, Xue K, Meenink H C M, et al.First-in-human study of the safety and viability of intraocular roboticsurgery[J]. Nature Biomedical Engineering, 2018.
2. Zhou, Mingchuan; Huang, Kai; Eslami, Abouzar; Roodaki, Hessam;Zapp, Daniel; Maier, Mathias; Lohmann, Chris P.; Knoll, Alois; Nasseri, M.Ali: Precision Needle Tip Localization using Optical Coherence Tomography Images for Subretinal Injection. 2018 IEEEInternational Conference on Robotics and Automation(ICRA), 2018
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