外科手术机器人重大突破在即

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外科手术机器人技术起源于20世纪80年代，旨在为宇航员提供紧急医疗救治。如今，随着人工智能的融入和模块化架构的发展，机器人手术正处于重大变革的风口浪尖，有望在全球范围内加快患者康复速度、减少手术创伤。

20世纪80年代，工程师们首次探索远程机器人手术时，脑海中浮现的并非医院手术室 —— 而是在太空中高速飞行的宇航员。数十年后，这一设想如今已应用于地球患者：在机械臂和人工智能辅助导航的引导下，患者能从复杂手术中更快康复。

IEEE高级会员Bhushan Jayeshkumar Patel在外科手术机器人行业工作了十年，他认为这个起源故事不仅是一个有趣的知识点，更是提醒人们解决问题的思维方式，这种思维方式持续推动着该领域的创新。

“起初，这只是为了在恶劣或难以抵达的环境中提供远程医疗服务的必要手段，如今却能为全球患者带来更高的手术精准度、更少的创伤和更快的康复，” Patel表示。

在此，他探讨了手术创新领域的新前沿，以及人工智能和机器视觉的融入如何改变这一行业。

目前，有哪些常见手术会借助手术机器人进行？在一些较新、或许不太常见的手术中，手术机器人是否已开始展现出显著潜力？

机器人辅助根治性前列腺切除术也是最早且应用最广泛的手术之一，这得益于其在前列腺周围神经保留方面所需的精准度。它至今仍是最常见的机器人手术之一。胸腔和心脏手术（如二尖瓣修复术和肺部修复术）是正在发展的领域，在这些领域中，机器人平台能提供微创入路并增强可视化效果。

在多个新兴领域，手术机器人有望展现出变革性潜力。例如，在机器人辅助脊柱手术中，新兴的手术平台如今能够实现极高的精准度和螺钉植入定位，从而减少并发症并提高植入准确性。我们还看到一些新功能的出现，使外科医生能够修复极其细小的淋巴血管 —— 即便是技术最为精湛的医生，手工操作这类修复也极具挑战性。

展望未来，我们也注意到手术机器人平台正针对儿科手术进行定制化开发，这类手术需要更小巧的器械，甚至对组织的操作也需更为轻柔；同时，在肥胖症手术领域也有相关应用探索，这类手术中，患者的肥胖问题会带来人体工学和可视化方面的挑战。

从您的角度来看，近年来手术机器人领域在新功能、更广泛的应用或监管审批等方面，有哪一两项最重要的进展？

过去几年中，有两项重大进展尤为突出：一是向开放式、模块化架构的转变，二是监管层面的推动，这加速了其在全球范围内的应用。

从历史上看，手术机器人平台是整体化的、软硬件紧密耦合的系统，外科医生必须调整自己的工作流程来适应机器人。如今，我们正见证着一种转变。新型系统在设计时就融入了模块化理念，能够为手术需求提供更高的灵活性和定制化空间。

另一项未被充分重视但至关重要的进展，是监管框架（尤其是美国食品药品监督管理局（FDA）及国际市场的监管框架）如何逐步发展以跟上机器人技术创新的步伐。我们已经看到多项重要的审批案例，这反映出人们对机器人平台的安全性和有效性日益增强的信心。

如今，人工智能在手术机器人领域是如何应用的？

人工智能在手术机器人中最成熟的应用之一是实时图像分析 —— 借助人工智能驱动的计算机视觉，实时帮助区分解剖结构、识别解剖标志，甚至预判解剖平面。

另一项极具影响力的应用体现在术后复盘和培训环节。人工智能被用于分析数千小时的手术视频，以此为手术技术制定基准、提供自动化的表现评分，并识别低效操作或易引发风险的行为模式。

尽管全自动手术仍是一个较长期的目标，但如今的系统已融入人工智能，以支持半自动化任务，例如相机重新定位、缝合引导，或根据组织反馈动态调整手术轨迹。

目前手术机器人的自主性处于什么水平？我们距离让机器人独立执行更复杂的任务还有多远？

当下，机器人能够提供视觉增强、动作缩放、震颤过滤和触觉限制功能，这被称为 “一级自主性”。在二级自主性水平下，机器人可在外科医生的监督下自主执行特定的子任务，例如骨科手术中的骨骼切割。下一个前沿是情境感知自主性，届时机器人不仅能理解动作，还能领会外科医生的意图。

实现完全自主性仍存在一些障碍，尤其是人体解剖结构的变异性。美国食品药品监督管理局（FDA）也要求关键决策过程中必须有人类参与。此外，还存在相当棘手的法律问题：当完全自主的系统出现失误时，责任应由谁来承担？

展望未来，手术机器人领域的哪些创新最令您感到兴奋？

我们正处于一场范式转变的风口浪尖，这场转变将重新定义机器人手术的可能性。

首先，真正的手术智能将应运而生。例如，我们会看到这样一种系统：它不仅能够解读复杂的解剖结构，还能在并发症出现前预判风险，持续从全球数据流中学习，并在手术室中动态调整其引导方式。

此外，可视化技术也将取得巨大进步，可能会将高清3D光学技术与增强现实、高光谱成像相结合。这些技术将让外科医生能够以前所未有的细节 “看见” 肿瘤、血管网络和关键解剖结构。

传感器技术和触觉反馈将在机器人操作界面上恢复并增强外科医生的触感。这种紧密的反馈循环能让医生信心十足地完成复杂操作，其精细程度可与开放式手术相媲美，且只需通过更小的切口即可实现。

最后，材料科学的突破将催生出更小巧、更智能、适应性更强的机器人器械，例如软体机器人 —— 它们由柔性、生物相容性材料制成，能够安全地在复杂的解剖通道中导航。这一进步还将与微型化技术的发展相结合。