手术刀不再抖：眼科手术机器人完成首批临床实验
撰文 | 周鸣川（慕尼黑工业大学机器人与嵌入式研究所）
师云雷（微创医疗机器人有限公司研发部）
责编 | 蒋海宇
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2018年6月18日，英国牛津大学发布消息称，该校一个团队在新型医疗机器人设备辅助下，为多名病患完成了眼部手术。牛津大学称，此次临床试验证明相关机器人技术能安全、可靠地应用在这类对精确度要求极高的手术中。
该研究主要由英国牛津大学附属眼科医院，及荷兰埃因霍温Preceyes BV公司共同完成。牛津大学提供临床条件，Preceyes BV公司提供该公司研发的显微手术机器人：PRECEYES 手术系统（图1）。
临床试验中，病人都患有视网膜黄斑裂孔，需要进行视网膜部分膜层剥除操作（一种典型的玻璃体视网膜手术），以修复裂孔改善视力。
►图1 PRECEYES 眼科手术机器人系统（来源：Eindhoven University of Technology）
“Preceyes公司实施的玻璃体视网膜手术并非眼科手术中最难的类型，毕竟很多医生徒手也能完成手术，但是PRECEYES手术机器人系统确实是个很好的应用。”约翰·霍普金斯大学高级医用器械和机器人研究实验室副教授Iulian I. Iordachita告诉《知识分子》。
“同样做眼科机器人的鲁汶大学更有优势，因为他们设计的协同手机器人能帮医生实施徒手无法完成的手术，比如视网膜静脉插管术（RVC）。”他在邮件中写道。
什么是玻璃体视网膜手术？
玻璃体视网膜手术对精度要求极高。医生需要在巩膜上安放三只套管：一只用来安放眼压泵，以保证手术过程中的正常眼压，使眼球保持充盈外形；一只套管放置显微眼科手术器具；最后一只套管放置光纤，供手术照明。
►图 2 玻璃体视网膜手术示意图（来源：Zhou et al. 2018）
手术主要面临三方面的挑战。一是精度要求：理想手术操作精度要求为10微米（头发直径约为80微米，医生手部物理抖动幅值一般为100微米）。二是手术中微弱的触觉反馈：眼科手术器械与视网膜作用力在15毫牛以下（1牛=1000毫牛，一个鸡蛋重力约为0.5N）。三是手术中微弱的视觉反馈：此类手术发生在眼球内部，因此需要光纤照明，又因为视网膜透明，所以手术视野很差。因此，该手术需要多种仪器，经历繁杂的手术流程，一般由主刀医师，及多个助理医师，协助操作完成。
►图 3 PRECEYES的主操作手结构。该操作手安装有电机，可向医生提供力反馈。图片来源：Eindhoven University of Technology YouTube Channel
►图 4 PRECEYES的从操作手机构，呈双平行四边形。
临床方案及结果
12位患有视网膜黄斑裂孔的病人进行了手术，病人被随机分配到2个小组，分别由医生手动，或者由医生操作机器人完成。手术由两个指标评估：手术成功率和手术持续时间。
实验结果表明，手术成功率差别不大，皆为100%；但是机器人辅助手术的操作时间更长。机器人辅助手术全部操作平均持续时间为55min，而手动操作全部手术平均时间为31min。
该研究同时还应用机器人，配合卡尔·蔡司术中OCT成像仪器Rescan 700，进行了视网膜下注射。研究表明，这款机器人辅助手术在眼科视网膜显微手术中是安全可行的。
►图 5 手动手术和机器人辅助手术指标对照。图a,b为关键步骤操作时间，图c为全部手术操作时间，机器人劣势明显；图d为微损伤数量对比，这项机器人占优，但是统计学意义不明显。（来源：Edwards etal. 2018）
该团队发表的文章，讨论了医疗机器人在手术中的应用争议。机器人手术提高了操作精度，但是往往延长了手术时间；并且，机器人手术的临床效果，并不比经验丰富的医生优秀太多。该团队因此认为，人机交互的效率需要进一步优化，这将是影响眼科手术机器人推广的重要因素。
笔者认为，手术机器人的早期优势在于能够降低学习曲线，增加能做相应手术的医生数量，从而救治更多的病人；远期优势则在于能够应用自动化、智能化的技术提高人机交互水平，并将手术流程和操作标准化，最终提高手术的效果和效率。
“后续的研究重点，会在机器人系统的设计上，使机器人更容易被眼科医生所接受，并优化机器人系统的学习曲线，以及进一步提高机器人系统使用过程的安全性等等。” Iordachita说。
知识分子小黑板
主从遥手术机器人（Master-slave Robot Remote Surgery）
主从遥是一种机器人的控制方式，即从机器人跟随主机器人的指令运动。遥控玩具车便是利用主从遥的控制方式。除了主从遥机器人，机器人还能通过其他方式帮助医生，比如：医生和机器人共同控制手术器械，以及基于磁力控制的微型机器人。目前仍然活跃的中国研究单位主要有北京航空航天大学及中山大学。
参考文献：
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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