出品："SELF格致论道讲坛"公众号（ID：SELFtalks）
以下内容为中国科学院沈阳自动化研究所刘浩演讲实录：
在过去的15年里，我一直在追求一件事情，就是让世界上再没有难做的手术。 按理说这是一个医生应该追求的事情，其实我做这件事情跟医生有很大的关联度。我从小对医生这样一个职业就非常崇敬，我出生的时候重度贫血，可以说生命是母亲给的，但却是医生救的。我相信很多人可能也会有一些类似的经历。 大概是在1997年，在我读高中的时候，有一部非常火的电视剧《红十字方队》，里面讲述了部队医生成长的一些经历，对我的触动非常大，当时我就想报考第四军医大学。 比较遗憾的是我错过了体检，没有成为一名医生，我认为这可能是我人生轨迹的一个改变。 但巧合的是，我在哈尔滨工业大学读大三的时候，我的导师王树国教授引导我接触了手术机器人。从那个时候开始，我就开始更多地接触医生这样一个职业，特别是一些做手术的外科医生。
手术在人们心目当中是什么样子的呢？可能有一些基本的认识，如果说从患者的角度来说，我们大家可以很容易理解，做手术这件事应该是很痛苦的，但是我们其实很难理解医生的内心世界是一种什么样的心理。
我们跟医生有了更多接触之后，发现医生这样一个职业其实要承受非常大的心理压力。
做手术的时候，医生的精神要高度集中，他的心里也非常紧张。 甚至做手术到最后，他的内心是非常崩溃的。
因为这个手术（胰十二指肠切除术）确实非常难做，特别是一些外科手术，一个微小的错误就有可能导致血管出血，那么大出血有可能随时危及到患者的生命。 在这样一个背景下，医生承担的是对于人的生命和健康的一种责任。这是一个非常有名的手术，能够说是普外科里面的一个巅峰手术。从视频中能够正常的看到，需要一层一层地把血管离断，把一些组织切掉，然后把切断的血管再吻合上。这个手术涉及到4个脏器，会交替使用30多把器械，手术时间达到8-10个小时。胰十二指肠切除术
我第一次听医生给我介绍这个手术的时候，确实被震惊到了。我心里其实还有另外一个想法，当初没有做一个医生，可能也是幸运的，因为做这样的手术，确实非常的复杂，超出我的想象。 后来，逐渐接触了更多这样复杂的手术，我就在想手术机器人能不能去解决这样一些问题。幸运的是，现在的手术机器人技术已经有了很大程度上的发展，有很多手术机器人可以在临床中使用了。 其实我最开始接触手术机器人领域的时候，我头脑中关于手术机器人的印象是这样的。
想象中的手术机器人
但实际上发展到现在，手术机器人受到不同手术的部位以及操作等各种因素的影响，它的种类千奇百怪、五花八门。到目前为止，从头发丝到脚趾头有各种各样的手术机器人在临床使用或者在研究中。
这些手术机器人的种类差异也非常显著，比如说做腹腔部位的手术机器人，它使用非常细的内窥镜可以插到腹部，然后利用手术钳、手术剪去做软组织的手术。
而骨科机器人就会用一些钻、磨这样的工具来操作骨头这样的硬组织。
这些手术机器人种类繁多，发挥着各自的作用，它们会给我们大家带来什么呢？可以直观地去想象一下，我们大家可以很容易地把手术机器人跟人对比，手术机器人有手、有眼睛。 比如，手术机器人的手是不会抖的。几年前，如果说你想从事外科这样一个职业，你的手如果有一些不可控的抖动，虽然没有达到像帕金森病人那样完全无法控制的抖动，那么这样一个职业可能基本上就跟你无缘了。再比如，手术机器人可以把人的手工操作缩小好多倍，像两三毫米的血管缝合也可以做的非常精细。
此外，手术机器人不会说累，不会罢工，它可以长时间地保持很稳定的手术操作。这些都是能想到的、非常基本的手术机器人给我们大家带来的好处。
但是我们可能更关心手术机器人在手术台上，针对患者到底给我们大家带来了什么？给医生带来了什么帮助？用这三个小故事介绍一下手术机器人给我们大家带来了什么。
手术机器人是人手的延伸
第一个故事是，几年前，我去拜访北京友谊医院一位非常著名的外科专家张忠涛教授，他给我讲述了外科手术发展的过程。
在很早的时候，医生直接打开患者的胸腔、腹腔，在一个开放的环境当中做手术，这种手术操作其实还是挺简单的。虽然这种方式达到了手术的效果，但是并没有关注患者的生命质量，而且会在患者的身体上留下非常长的疤痕。到了20世纪80年代的时候出现了腹腔镜手术，就是在人的腹腔上打4到5个指头粗的小孔，然后把细长的内窥镜和手术器械放到人的腹腔中进行微创手术。做完手术之后，患者身体上会留下四五个很小的疤痕。
腹腔手术的逐步升级
再到最新的技术，我们把所有的手术器械通过一个窗口放到人的腹腔里，手术做完以后发现没有疤痕。其实就是利用了人的肚脐这个天然的疤痕。 有些年轻的女性感觉自己的肚脐不太漂亮，她可能会给自己的肚脐做一个美容手术，然后可以穿露脐装。有这样新的技术，我们做一个手术，可以把它当成给自己的肚脐做一个美容。在这样的一个过程中，疤痕越来越少，对于患者来说这个结果是很完美的。但对于医生来说，却完全是相反的，他的手术难度提升的级别非常高。这是一个做单孔手术的场景，想象一下，当我们把很多器械、内窥镜都从一个孔道放到腹腔里的时候，这些器械的操作必然会打架。
做手术的时候，医生操作手术钳时，他的体外运动和手术钳的运动刚好是相反的，而且手术器械本身非常不灵活，这就会导致手术器械之间打架，让医生做手术的时间变得非常长。 我们应该一个具有一系列的手的手术机器人。 我们想了很多方案，也做了很多尝试，最后我们想到借鉴自然界中的一个生物。它是一道美食，在北京有一条街专门做这个美食，就是小龙虾。小龙虾的形态非常好，因为小龙虾的眼睛和两只手正好构成了手术中一个非常专业的术语叫手术三角，人做手术的时候也是两只手张开，眼睛看着，这样的一个三角关系才能把手术做好。
我们的器械就是从这种生物的特性衍生过来的，从结构上看，它们非常相似，有两只手、有眼睛，而且手和眼睛可以非常灵活自如地发生形变运动，也就达到了我们做手术的要求。
它的自由度首先是够用的，6到7个灵活变形的自由度，其实已达到了人的手臂的这种灵巧度，而且它的操作精度能够达到毫米级，这就满足了医生做精细手术的要求。
我们只是在它的动作上把人的手术操作恢复了。其实用手术机器人还面临一个问题，我们原来拿着手术刀去切割组织的这种力感丢失了，所以我们又研发了小型的传感器，集成在手术器械的前端，精度能达到毫牛级。这已经远超出人的手能感觉的这种分辨率。我们还研发了人机交互的设备，能够让人在操作的时候体会到这种力感，这样的话，我们就把人的手部运动和力感都恢复了。 这是我们做力感实验的视频，我们大家可以看到各个方向的操作力，而且都可以采集出来。
当然，我们也做了一些非常有意思的视频。这是葡萄皮缝合的实验，它的操作非常精细，葡萄皮非常薄，果肉非常软，我们缝合之后，葡萄还是完好无损的。
这个视频更有意思了。这是我的一个博士生的创意，他想既然这个手术器械是从小龙虾这种生物衍生过来的，好，我们打一架。这个手术器械给小龙虾来了一个抱摔。
小龙虾的内心可能挺崩溃的。搞研究的过程虽然很辛苦、很枯燥，但实际上还是有很多有意思的事情，如果想从事这个研究，这也是一个很好的印证，我们其实还是能够体会到研究过程中给自己带来的一些乐趣。 当然，在真正临床使用前，我们会在动物身上试一试。这是第一例动物实验的画面。医生在操作过程中刻意用操作手柄去尝试，确实感觉这种操作非常灵巧，这就解决了之前说的器械打架的问题。
从上面这个故事，我们得到的启发是机器人就是延伸了人的手，相当于把人的手放在腹腔里做非常精细的操作。有了这么灵巧的操作，其实还是不够的。
手术机器人是人眼的扩展
第二个故事，几年前，我去参观一台机器人做的手术。当时这个患者有一个肺部结节，手术前，医生通过一些染料在患者身体的结节周围打了一圈标记。
但是在手术过程中这些标记找不到了，最后通过医生丰富的经验去判断，还是艰难地找到了标记。 这反映了一个问题，即便你的手很灵巧，但如果你的眼睛看不到组织表面以下的这些病变，还是做不好手术的，手术依然困难。 左边是教科书上能够看到的，人的组织器官分得非常鲜明，血液都是有颜色的。
人体在书本与人眼中的区别
右边是医生看到的画面，所有的组织器官全都是摞在一起的，无法区分血管和病变。 随着技术的进步，也为手术机器人带来了一些突破。像图中就是用一种染色的办法，通过荧光成像，把它的图采集回来，这样手术机器人就能够正常的看到病变在哪里。
这是肿瘤的剥离视频。在手术过程中，我们可以看到哪个地方需要做手术，非常明显。
当然还有另外一种技术，就是增强现实技术。我们在术前可以通过CT、超声诊断出一些病变，把它三维呈现出来，并且在三维图像上能够找到这些病变组织，包括一些血管，然后再叠加到我们的手术过程中。
它让机器人知道什么地方可以做手术，什么地方不能做手术，规避一些像血管、神经等功能性的、风险非常高的部位。机器人技术是对人的眼睛做了一个扩展。 有了手和眼的提升之后，我们自然而然会想机器人在智能化的、智商上的提升。
手术机器人是人脑的解放
第三个故事，是关于内窥镜的检查。内窥镜的检查主要是沿着人的腔道送入一面镜子，能清楚看到是不是有早期的一些癌症、一些息肉，可以早诊断、早治疗。想象一下，如果把管子插到自己身体里，还是挺痛苦的。
内窥镜的检查
这是一个患者在做胃镜介入的画面，其实躺在那的是我本人，我很健康，消化道没问题，做这件事情是因为我们跟中国人民解放军总医院有合作。
医生希望我们做一台手术机器人，代替他们或者辅助他们做诊断和治疗，我克服了自己心里的恐惧，为了做好这台机器人，我算是对科研做出了一次献身。这中间我也有紧张的时候，想打退堂鼓，但还是坚持了下来。 后来在跟医生沟通的过程中，他向我们表达，其实医生在做内镜介入的过程中，他的操作需要经过曲折的腔道，他的大脑还要去想怎么样操作，能够避免对这个组织做很大的牵拉。
同时他还得去关注像这几张图中形态各异的各种疾病，这样的话，他的大脑就被很大程度上占据了。 有了这个分析，我们就做了一些研究，一方面，我们大家都希望做一台手术机器人，能够让这个操作像打游戏一样轻松、简单。 另外一方面，我们大家都希望在内镜采集的过程中加入人工智能的方法，能够让它自主地去辨识出哪些是病变，给医生一些提示，这样就会降低医生的操作难度，让他变得轻松一些。
这是2017年12月，我们首次在人体里面实现了消化内镜的操作，医生真的非常轻松，像玩一样去做内镜介入，在介入的过程中，我们其实一直在不断采集内镜跟人体组织介入的力的大小，来保持操作的安全性。
有了这些技术之后，我们自然而然就想到能不能让机器人自己去干这件事。 视频展示的就是我们的一次尝试，还是非常成功的，机器人可以自己凭借图像、凭借它的力感和运动能够从人的口腔一直走到十二指肠的部位。当然这是在模型里做的。
通过这个例子，想传达的是机器人在很大程度上解放了人的大脑，把他的精力从技巧性的操作和对疾病的辨识中解放出来，让他把精力更多用在怎样治病上。这就是我想传达的三个方面，机器人是人手的延伸、眼的扩展和脑的解放。
问题来了，很多医生朋友强烈谴责我，说我这是砸他们饭碗的行为。其实我感觉挺委屈的，我们仔细看一下，我们想做的事情是不再让世界上有难做的手术，不是不再有医生。
因为病还是得医生去治，手术机器人只是医生一个很好的辅助工具。随着技术的进步，我们所面临的一些更难做的手术，就能够去做了。比如说像空间上的难度、时间上的难度，比如守岛官兵的急救，他们的手术都可以用机器人的技术延伸到现场，第一时间精准地完成手术操作。那么也会给我们的健康带来一些好的、有重要意义的帮助。
医生始终站在台前争分夺秒地抢救，来保障大家的生命与健康。
在这条道路上，他们不是孤单的，还有我们，因为保护人类生命和健康是我们向往和热爱的，是我们共同的使命。
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