天大副校长王树新——手术机器人的新发展与新突破

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关键词:世界机器人大会 手术机器人 天大副校长王树新

    2018世界机器人大会于815日——819日在皇冠体育新2网址隆重举行。智汇皇冠娱乐平台下载作为皇冠娱乐平台下载领域的专业媒体参加了对天津大学副校长王树新先生的媒体采访;此次访谈中王树新先生对手术机器人的发展,与国际的差距,天大在机器人方面的核心竞争力等方面一一进行了精彩解答。

    1.    首先请介绍一下现在手术机器人发展情况?

    Ÿ  手术机器人实际上的开始是机器人用在手术的实验研究,大概始于1985年左右,当时主要的技术是皇冠娱乐平台下载机器人技术,想把皇冠娱乐平台下载机器人移植到手术医疗去应用。后来发现这条路径不通,主要有两个原因:第一个原因是皇冠娱乐平台下载机器人的操作一般都是负载、快速、或者精密这一种类型,但是这些操作对手术来讲并不适合。第二个原因是安全性,我们可以为皇冠娱乐平台下载机器人划定安全区域,区域之外人才能操作,操作本身是人,所以安全性就不适用于手术场景。在90年初代,开始专门研究针对手术这一类型的机器人。在这过程当中,手术机器人又演化成两种类型,一种面向骨科类为主的硬操作机器人,还有一种就是面向以器官为主的软操作机器人,而这里面最有代表性的是宙斯系统。

    Ÿ  2000年左右的时候,达芬奇机器人系统通过了临床FDA认证,大大促进了医疗机器人的发展,特别是推动了微创手术机器人真正进入到市场,进入到医院,带来了巨大的效益。所以在手术机器人技术的发展中,骨科、脑神经外科,或者是微创手术,都是不同类型的,本身不具有可比性。

    Ÿ  目前世界上最成功的手术机器人产品就是达芬奇系统,从技术角度,它第一次把机器人技术真正应用到临床,通过成功的商业模式所带来的经济效益使技术再次获得进步,推进机器人技术与医疗技术的融合。商业模式和技术才有它的今天,当然核心还是技术。

    Ÿ  实际上国内开展微创手术机器人并不晚,最早就是我们天津大学团队与法国团队共同研发了MCE系统,它的可以做一些替代传统微创手术的操作。大概2001年开始,我们也开始研发系统,在先前MCB系统的基础上我们做了喉部、显微等手术系统,它们操作模式、末端手术器械等技术要求是相同的。在此基础上,我们在2010年成功研发了妙手系统,在2014年公布的最新的妙手系统是完全自主知识产权、技术实现,体积小了成本降下来了,所以这是国内技术的发展,现在已经通过了检测,正在进行临床实验。但是从技术本身还是达芬奇促进了应用,才有了我们的技术进一步获得改进的余地和空间,这是一个相辅相成的过程,但是我们通过技术进步我们可以提出更好的,比如说我们今天作报告就是关于未来内科和外科怎么去融合在一起,就是把诊断技术和手术技术融合在一起。当然还有像微型,比如说血管介入等等,就是更进一步的发展。手术机器人的发展本身来讲时间不是太长,但是它带来的效益和对人类的作用非常明显的。举个数据,2016年达芬奇系统的销售额大概是26.3亿美金,相当于我们中国皇冠娱乐平台下载机器人整个的产值的总额度,所以一个公司它的销售额相当于我国一年的一种产值,这个大家可想而知它的经济价值。它的手术质量,机器人介入之后通过我们现在的临床阶段,应用手术机器人系统它的手术质量确实比微创手术好,因为它有了更好的灵活性和三维的视觉系统,医生的抖动全部都能够被滤除,所以手术质量也能明显提升。未来更多的是把更好的技术融合进来,让它的成本更低,这样让我们老百姓真正享受到技术,而不是作为一种医院的广告效益,或者是我们单纯是为了机器人而手术,是真正让我们的每一个人去收益,把这一项技术往前推进。

     

    2.    请介绍一下妙手系统的原理,它应用在哪一些方面?什么时候可以应用?

    Ÿ  实际上现在的妙手系统,已经经过了几代发展,它起源于我们在2000年初就开始这一种微创手术系统的研究。这种研究当时的想法主要是系统做得能不能更精致更小巧,因为达芬奇太大了,那么大的系统,无论是成本、维护还有它的操控都带来了问题,我们一直致力于这个。所以妙手系统的发展主要是让它更轻巧更灵活,同时保持类似于达芬奇系统所有的功能,包括3D视觉、灵活末端、主从操作、远程的功能实现,这都能做到。

    Ÿ  这系统主要的技术从三个方面来讲,实际上跟我们达芬奇也是类似的。第一就是整个胳膊的设计相当于操作臂的设计,操作臂的设计在我们专业领域就是远端中心结构。我们天津大学曾经发表过一篇文章提出来16种方式可以实现,现在有学者提出更多种,但是每一种的实现方式你拿出来一种假设可行的话,它就是相当于跟别人不一样了。第二个立体视觉就是我们现在看到的微创手术是挂一个电视屏幕,当然我们可以通过戴眼镜或者裸眼3D直接这一种裸视状态下看3D,但是医生时间长了就容易疲劳,现在是俯视,通过一个场景构建主要是医生怎么适合,但是你本身实现3D技术就要依赖硬件,你得看到两路图像,然后通过软件合成形成立体的视觉,这是一个技术。

    Ÿ  我们这一项技术也是自己的,与达芬奇不同,达芬奇是跟其他公司合作的,我们是完全自主。从镜片的膜制造开始,到组装以及最后成像的软件全是自主,在系统集成时可以降低传输的延迟,并容易进行技术融合。这也是为什么我们国家一直强调自主研发、自主知识产权的,我觉得我们现在体会到这一个好处。

    Ÿ  另外医生操作机械臂通过一定距离去实现操作,主要的瓶颈技术在于延时,手术过程当中150毫秒以上以后你感觉非常明显的,非常不安全,所以通常要控制在100毫秒左右。这样的情况下成像系统以及机械操作的延时等情况的总延时必须符合手术安全性的要求,虽然现在没有标准,但是至少医生感觉不出延时这是最基本的标准,这样的话才能真正把这一些系统实现临床,所以2001年我们研制成完整的样机,然后2012年世界上就开始跟医院合作,2014年我们做了第一例临床,到现在我们已经通过皇冠体育新2网址检测所的检测,然后我们目前在做临床。目前推进我们已经做了将近50例了,一切都非常的顺利。所以我们后面更多的让我们这一些系统通过工具的种类的增加,通过让这一个系统比如说它带动一些相关的附件产品的发展,使得变成一个产业,就是从产品然后带动一个产业,从产业更好的使得我们机器人技术服务到我们人类健康上这就是大概手术机器人的。因为没有图像所以很难讲的清楚,但是它几大部分,包括了医生的操作台、包括了图像系统、包括了抓工具的器械臂、机械臂还有末端的手术器械这四大部分然后它还有控制、有软件,末端的工具又分比如说手术所需要的工具基本上都需要,比如说刀子、剪子、镊子、电钩等等这一些都要配齐它才能工作,所以这个系统是比较复杂,而这一些都是我们自己做。所以十几年来致力于我们完全从自己的角度,完全从底层开始做这一些工作,所以它的可延展性我们认为还是能跟上我们技术发展的时代。

     

    3.    远程操作实现了吗?当时怎么实现的?

    Ÿ  2015年当时还是二炮总医院现在叫火箭军总医院和天津大学做远程,这个技术它跟2001年宙斯做远程不一样,它是用专线网,我们是用商业网,就是更有随机的延时性。我们采用在天津操作,在皇冠体育新2网址二炮总医院实现手术这样的操作模式,对动物进行远程胆囊摘除手术的实验,很流畅,半个小时就可以把手术完成。

    Ÿ  技术难点主要是网络延时,比如说缝合吧,传统缝合得一针一针缝,但是对于选择一些缝合,比如说吻合器就点一下就自动通过器械的吻合和改进来解决分配延时的问题,一个是回避一个是提升这两个办法。

    Ÿ  目前和英国伦敦大学国防学院在进行国际合作项目,即利用5G技术推进手术机器人的合作,提高传输效果并减少延时,所以远程最根本的一个问题是延时问题。

     

    4.    国产手术机器人与国际先进相比,还有哪些差距,要达到国际先进水平的话突破哪些技术难题?微型机器人未来还有哪些发展方式?

    Ÿ  机器人技术的发展是一种理念,实际上是关注新技术如何服务到人类的概念,例如未来整个信息技术的融入,以及提升操作和影像诊断的传输能力等,都非常值得期待。

    Ÿ  就以妙手系统跟达芬奇系统相比,关键技术不存在障碍,主要就是在临床的应用上,因为很多的医院都进口了达芬奇,特别是我们的医生习惯了达芬奇,再加上文化上可能认同进口,而对国产总是一种觉得低人一等的状态。所以在临床应用文化上我们还需要进一步的拓展和交流,特别是我们的产品确实要能够让医生认可,这个我们再比如说人机交换上这一方面我们需要更多的去努力、满足医生的需求。我觉得在关键的机器人技术方面,比如说驱动、立体视觉和交互等,甚至我们的机器人大家将来可以看到它可以折叠就是更小巧,现在达芬奇系统所占体积很大。

    Ÿ  体积不说明问题,但是至少体积说明机器人的灵活度、小巧度,但是它的维护性,包括模块化的更换都是很容易的。现在我们妙手系统跟达芬奇系统所涵盖的手术类型都差不多,如泌尿外科、普通外科,包括妇科等也都是可以实现的,临床上都做了相应的工作。

     

    5.    机器人在国内医学范围的应用达到什么程度?从医患的角度讲,手术成功率会达到多少?在一定程度上是否会替代医生的工作?

    Ÿ  先从后面回答,手术机器人的发展本身它并不是替代医生而是延伸医生的手术能力,我举一个例子来讲,腹腔这种手术开口,就是开放式的手术,或者是微创手术,看到的屏幕大概是平面的且放大倍数并不大。但是如果用手术机器人这一套系统,它可以放大到10倍以上,可以进到腹腔内,在屏幕上可以看到更大且更立体直观的影像,所以这个对人的伤害和对医生的提升大家就可以比较而出。

    Ÿ  关于应用,机器人技术本身不存在瓶颈,但在应用上还是有差距的,主要体现在两个方面,首先是技术好但不一定好用以及医生是否愿意使用。需要不断拓展手术工具的类型来适应不同病症,达芬奇的手术工具的类型大概上百种而我们现在只有几十种。还有就是临床医院也要跟我们共同配合,要认可或者共同支持国产手术机器人。关键是让老百姓真正受益到技术的同时价格也下来,手术机器人系统有无菌袋,外国产品的无菌袋一次手术是2800元,但是我们生产的无菌袋也要装在机器人身上只要几块钱。

    Ÿ  并非是原料以次充好,而是量上去后单个成本自然下降,当然这只是硬成本,即使按零头算800元也可以节约很多。所以我们可以看到不仅仅要把技术用好,还要让技术更丰富、更益人、更让医生愿意用,同时还要让老百姓受益,不仅是使用,还有成本的问题,花更少的钱做同样的事情。

     

    6.    从学校培养人才的角度,是不是在接下来的发展里,该学科在培养人才方向上会有一个转变,比如说要培养他们与机器配合的灵活度等等之类的?

    Ÿ  去年我们申请了教育部全国第一个智能医学工程专业,今年6月天津大学受教育部委托在天津大学开了智能医学专业的论坛,这个专业就是一个新专业,并且已经批准了,这个专业本身就是要把不仅仅是机器人技术,更重要的是智能技术和医疗如何去结合的问题。这个是从人才培养角度,比如说我们那一次论坛包括了研究智能、医学等领域的人才以及其他技术、销售等企业人员,他们从不同的角度对人才提出了复合性的要求。你比如说以这个面向医学为主还是面向智能为主,这将来他们的选择灵活度会更大,就是既要懂智能也要懂医疗,所以这就是我们出来之后具有更好的这一种适应性或者对未来产业的适应性,这个我们正在做。

    Ÿ  另外一个就像您刚才提到我们医疗技术跟机器人技术结合实际也是不断的结合,举例子来讲比如说机器人技术是辅助,医生还要操作还要能够干预其中过程当中,比如说诊断已经开始比如说通过诊断的办法,实际很多医生就不需要去中间很多过程也不需要了,手术机器人也是一样,也要通过智能技术和一些自动化的技术使得这医生的干预程度会越来越低,而对医生的实际上对他的手术要求一方面在不断的要求高,另一方面反而要求很低,比如说常规性的、重复性的操作这个要求反而降低了。

     

    7.    天津大学在机器人方向是仅仅专注医学机器人吗?

    Ÿ  天津大学大概涉及到三类机器人,一类是医疗,一类是海洋水下,大家可以查海燕水下滑翔机,这也是我们课题组设计,今年创造了8,213米世界最深的下潜记录。还有一个皇冠娱乐平台下载机器人是以并联装备为核心的皇冠娱乐平台下载机器人。

    Ÿ  最核心的是它的结构设计,也就是它的骨架。骨架设计的原理、设计方法以及课程体系都是围绕这个来实现的,同时融合了自动化技术和信息技术。智能医学工程这个专业,它要进一步的在生物医学工程基础上,通过新的专业设置来培养人才。

     

    8.    天津大学机器人专业怎么样?

    Ÿ  我们专门有一个学院,主要是创新创业的教育,有一门课做完之后学生写了很多的专利,我印象当中数据大概是41项专利。所以学生在这学院下他可以他把的创新思想和创业概念通过导师制进行融合。每年大概招收两到三个班进行这方面的工作,还是比较有成效的,也欢迎你们到学院调研,非常有特色。

     

    9.    对投资市场或者投资者来说,对这些小企业会持有谨慎态度,国家会不会加大扶持力度,或者是投资市场对这些机器人小企业的未来进行扶持?

    Ÿ  我作为技术方或者研究人员来谈一下粗浅的看法。对投资者建议他们对医疗机器人高技术的东西要有耐心,就是不要按照过去的六年、七年投资回报率来考虑,可能九年、十年来考虑,在国外已经有先例了,还是要有一定的更长的周期。

    Ÿ  对于初创企业本身要对自己的技术要有一个自己的判断,是否能够给投资者真正带来回报,这个技术本身是不是具有不可替代性,或者市场哪一种需求的定位是不是真正能满足市场,这是两方面我觉得都需要去共同努力做好这一方面的工作。政府引导是必要的,但引导方式也不一定是唯一的,如何引导好从初创到产品最后到一个产业的形成,可能要更多的从长远的角度和从基础的角度来考虑这一个问题。

     

    10.  我国目前的机器人产业在整个皇冠娱乐平台下载社会发展中到底发挥什么样的作用?还有在我国现在经济转型升级之后机器人产业到底发展什么样的意义?

    Ÿ  今天上午我觉得我们机器人专家组的组长赵杰教授讲得非常好,听了他报告之后有几点体会,首先确实我们要有自主的技术,第二我觉得企业要更好地融合,共同去做好应用,特别是皇冠娱乐平台下载企业,而这应用是指什么不一定要用机器人,一定是在适合得环境去应用,比如机器人在提高生产率、提高操作效能上确实要发挥作用,或者喷图焊接这些基本上用机器人实现都没有问题,但是在生产过程当中如何发挥更好的作用,这需要企业来配合。当然机器人研究的企业还需要更好地把技术可靠性再进行提升,需要和企业共同促进。

    Ÿ  此外,价格是优势但不是绝对性优势,技术与价格融合才具有这个优势。

    Ÿ  第三个从市场的角度,也是要关注我们实用化的技术和高新技术它有一个梯次问题,不要都去高端也不能都是低端的,所以它有的是技术有的是市场有的是应用,是不同维度的问题,不要纠缠在一起,这样才能使机器人产业获得良好的发展。这个领域因为我们没有做太多的调研,所以这是我听完报告后的三点体会。

     

    11.  想请您畅想一下机器人真正落地和应用,比如说它医生和技术人员或者专家这一些配合请您畅想一下在未来几十年进入寻常百姓家能做一些什么?

    Ÿ  如果一个机器人技术,所谓企业也好、技术也好,当你分不清这界限是企业的还是技术或什么的,这一些人融合在一起围绕这一个目标去做的时候,它的成功已经我们认为就已经是50%了,剩下的一个就是市场环境的构建。实际上技术创新并不仅仅取决于技术的本身它还取决于市场,举例来讲如果我们的市场是拷贝国外的市场那你在它的服务技术它一定是国外引进优选出来的技术,就很难跃升,而我们的市场也要有新的理念进来这样的话就是像您说的将来应用到家庭、企业或者医院,都可以有很多值得期待的方向。回顾上世纪60年代皇冠娱乐平台下载机器人的应用,再看今朝,皇冠娱乐平台下载机器人的应用已经不可同日而语。所以四五十年的变革,未来一定是我们这个方向是没有错的,就是我们如何做的更好。 

    (审核编辑: 智汇张瑜)

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