2022世界人工智能大会（World Artificial Intelligence Conference，简称WAIC 2022）于9月1日在上海世博中心拉开帷幕，今年大会的主题是“智联世界，元生无界”。其中，医疗机器人的表现尤为抢眼。
此次大会上，上海微创医疗研发的多臂腔镜手术机器人斩获大会最高荣誉“卓越人工智能引领者”奖（Super AI Leader，简称“SAIL奖”）。目前，该手术机器人已拿到国家药监局三类医疗器械许可证，也已应用于各类高难度泌尿外科手术，这标志着国产手术机器人具有在狭窄解剖空间内辅助医生完成复杂手术的能力。
此外，大会中智能咽拭子采集机器人、智能外骨骼机器人、膝关节手术机器人、血管介入机器人等设备的亮相，也令人们对未来更精准、高效、安全的智能化医疗产生更多期待与遐想。
图为工作人员在2022世界人工智能大会上向参观者介绍微创骨科手术机器人
尽管目前已经在临床中投入使用的医疗机器人还只是人类医生的辅助工具，不具备完全自动化手术的能力，但可喜的是，这一技术局限正在被打破，颠覆性的全自动手术机器人雏形已现。
今年，美国约翰霍普金斯大学的研究小组设计了一个智能组织自主机器人STAR（Smart Tissue Autonomous Robot），该机器人首次在没有人类指导的情况下成功对猪的软组织进行了腹腔镜手术，效果显著优于人类医生的操作水准，这是向机器人在人体上实施全自动手术迈出的重要一步。目前，该成果已发表于国际顶级学术期刊《科学·机器人学》（Science Robotics）。
图源：参考文献[4]
医疗机器人正在加速向人类世界奔跑。
会做外科手术的机器人STAR有多厉害？
腹腔镜手术，又称锁眼手术（keyhole surgery），医生只需在患者实施手术部位的四周开几个“钥匙孔”式的小孔，无需开腹即可在电脑屏幕前直观患者体内情况，施行精确手术操作，以手术时间短、创口小、感染几率小、恢复快等特点著称。
但即使对于人类医生来说，腹腔镜手术也是一个挑战。例如，在胃部不做大切口的情况下重新连接肠道就是一个重大难题。
通过对猪组织进行四项实验后，研究团队证明，机器人STAR是肠道吻合领域当之无愧的“专家”，非常擅长缝合两端的肠道。这可以说是胃肠道手术中最具挑战性的步骤，因为其精度要求极高，即使是最轻微的手部颤抖或缝线错位，都可能导致泄漏，给病人带来灾难性的并发症。
图为STAR的主要开发人员
简单来说，STAR是一个专门用于缝合软组织的视觉引导系统，在2016年已有模型的基础上，增强了自主性和提高了手术精度，包括配备了专门的缝合工具和最先进的成像系统，以提供更准确的手术区域可视化。
论文作者之一、约翰霍普金斯大学怀特工程学院机械工程助理教授艾克赛尔·克雷格（Axel Krieger）称，软组织手术对机器人来说尤其困难，因为它的不可预测性迫使机器人要快速适应以应对手术中意外的障碍。
人体是有机体，在手术过程中所有的器官都会伴随呼吸运动处于真实的活动状态，很难提前做好类似于“往哪里下刀”这样的计划。因此机器人要实现独立操作，也必须像人类医生一样能够适时调整手术计划，尤其是在像肠子这样活动性很强的软组织中，更难预判术中的每一步动向。
因此，研究人员开发了基于结构光的3D内窥镜和基于机器学习的跟踪算法来指导STAR，以规划缝合，还为STAR配备了一个新颖的控制系统，能够让机器人启动、暂停和解除组织跟踪系统，检测组织的呼吸运动及其变形，控制摄像机运动，进行缝合规划，以及预测工具与软组织的碰撞等。
图为机器人的缝合手臂在模拟血管上工作的细节
实验结果显示，在位置校正、缝合间距、缝合线咬合大小、完成时间、管腔通畅和泄漏压力等维度，STAR均优于目前已开发的自主系统、专家手术等。
论文的第一作者、约翰霍普金斯大学怀特工程学院机械工程客座研究科学家Hamed Saeidi说：“STAR的特别之处在于，它是第一个以最少的人工干预来规划、调整和执行软组织手术的机器人系统。”
克里格称，机器人吻合术需要能以更高的精度和准确性进行可重复的手术，而不受外科医生技能影响。随着医学领域涌现出更多的腹腔镜手术方法，拥有一个为此类手术设计的自主机器人系统将非常重要。
研究小组还希望未来能开发一个便携版本STAR，使其可用于救护车上或紧急情况下，如缝合大动脉以止血，开拓其更广泛的使用场景。
全自动医疗机器人的未来
外科手术机器人已然成为一种长趋势。相关统计数据显示，到2030年，全球医疗机器人市场规模将达到 352 亿美元，复合年增长率为 21.3%。
图为全球医疗机器人预计市场规模（按地区计）
自2014年我国开始引入外科手术机器人起，一批本土医疗机器人企业发展迅速，产业集聚特征明显，5G、人工智能等新技术与医疗机器人加速融合。2015年，手术机器人赛道仅在一级市场融资就超30亿元。
2020年7月，国家上调了大型医疗器械配置规划数量，至2020年末的全国手术机器人装机数量由调整前的197台升至调整后的268台，上升36.04%。
2021年，北京、上海两地率先宣布将手术机器人费用纳入医保报销范围，这无疑是对外科手术机器人的重大利好。但需要指出的是，当前的外科手术机器人并不是完全的纯自动机器人。以达芬奇手术机器人（da Vinci Surgical System）为例，它主要由3个子系统组成：医师操控台、床旁机械臂手术系统和3D成像系统。简单来说，进行手术的医生在操控台上操作，系统将医生在病人体外的动作精确传递到机械臂，转化为手术器械在病人体内的动作，从而完成外科手术。
图为达芬奇手术机器人
可以说，目前临床界公认的最成熟的手术机器人便是达芬奇。然而手术机器人直接作用于患者身体中的某个器官时，并不具备应对特殊状况的自主调节能力，一旦发生安全隐患，手术机器人的机械臂无法像外科医生一样凭借临床经验做出自主性调整将伤害降到最低。
美国FDA发布的数据显示，达芬奇手术机器人在2000年至2013年间的近60万次手术过程中，一共涉及到144人的医疗事故死亡。
除了致死的患者，达芬奇手术机器人在手术中拉弧或打火造成了193名病人烧伤；其脱落的零件掉入病人体内发生1000余次；视频故障或系统错误造成的不良事件更是多达8000余例。
此外，开发STAR的研究人员也称，机器人的引入大大增加了手术的费用，因为设备的成本高达数百万，尽管其中一些可以通过缩短患者住院时间和减少并发症来弥补，但许多小型医院和欠发达国家或地区的医院可能无法负担前期支出。
以达芬奇例，据浙商证券统计，根据系统型号、配置及地域不同，一台达芬奇手术机器人的售价为50万至250万美元之间；相关维修保养、医生培训服务的年费在8万至19万美元之间。
同时以达芬奇手术机器人的使用频率来看，机械臂作为一种高值耗材，在手术需求上需要用到4条，但每条最多只能使用10次，之后机器人就会自动锁死，必须更换新的机械臂才能重新启动，而每条机械臂的价格约为2000美元。
接受完全可替代医生的机器人，我们真的准备好了吗？
9月20日，湖南省医保局发布了《关于规范手术机器人辅助操作系统使用和收费行为的通知》，文件将手术机器人重新划分为“只发挥手术规划功能”、“只具备和发挥导航定位功能”、“采用机器人技术的辅助手术设备和辅助手术系统”三类。凡三类以外的软硬件，不能单独收费。
这一纸文件无疑给火热的手术机器人赛道泼了一盆冷水，二级市场上，微创机器人9月23日一度领跌超13%，威高股份、天智航等机器人股均有不同程度波动。
作为“制造业皇冠顶端的明珠”，医疗机器人的设计、制造和应用需要多学科融合发展的推动，还有相当大的提升空间。医保局文件或许短时间内会让行业迷茫、阵痛，迎来洗牌期，但也能为一路高歌猛进的医疗机器人赛道提供“过热保护”，推动各方谨慎规划未来的发展方向。
毫无疑问，手术机器人一定是未来医疗发展的大方向之一。但完整的专利保护、健全的产业链条、完善的应用法规等，也都必不可少，需要时间来搭建。
后疫情时代，“大健康”产业进入了快速发展期，医疗装备产业发展既蕴含重大机遇，又面临极大挑战，高度智能的医疗机器人已站在时代的风口。
前路如何？我们拭目以待。
参考文献：
[1]https://internet.cnmo.com/tech/741172.html
[2]https://hub.jhu.edu/2022/01/26/star-robot-performs-intestinal-surgery/
[3]https://www.baltimoresun.com/health/bs-hs-hopkins-builds-robot-for-surgery-20220322-2cbpldiogrhkpbhswphs7prjuu-story.html
[4]https://www.science.org/doi/10.1126/scirobotics.abj2908
[5]https://www.globenewswire.com/news-release/2022/08/08/2494103/0/en/Medical-Robotics-Market-Size-Worth-USD-35-2-Billion-by-2030-at-21-3-CAGR-Report-by-Market-Research-Future-MRFR.html
[6]https://www.bbc.com/news/technology-33609495
本文转载自AInfo海图志
