人工智能時(shí)代機(jī)器人外科診療進(jìn)展及展望

浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬**醫(yī)院 胸外科（杭州   310003）

通信作者：胡堅(jiān)，Email：dr_hujian@zju.edu.cn

關(guān)鍵詞： 人工智能；機(jī)器人手術(shù)；胸外科；智能化手術(shù)流程

引用本文：黃沙, 何哲浩, 王志田, 汪路明, 張翀, 呂望, 胡堅(jiān). 人工智能時(shí)代機(jī)器人外科診療進(jìn)展及展望. 中國胸心血管外科臨床雜志, 2019, 26(3): 197-202. doi: 10.7507/1007-4848.201812043

點(diǎn)擊查看本文圖表

全文

近年來，隨著各種智能設(shè)備與技術(shù)不斷融入人們?nèi)粘Ｉ?，例如手機(jī)智能助理、語音文字識別、生物識別、自動(dòng)駕駛技術(shù)、掃地機(jī)器人等。我們對人工智能（artificial intelligence，AI）這個(gè)名詞愈發(fā)熟悉。人工智能技術(shù)正進(jìn)行著全方位的滲透，當(dāng)然醫(yī)療領(lǐng)域也不例外。

AI 是用于模擬和擴(kuò)展人類智能的理論方法、技術(shù)手段及應(yīng)用系統(tǒng)的一門學(xué)科[1]。其利用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，使用通用的學(xué)習(xí)策略，可以從數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)規(guī)律或聯(lián)系，因此能夠根據(jù)新數(shù)據(jù)自動(dòng)調(diào)整，而無需重設(shè)程序算法。AI 中有三大分支同醫(yī)療關(guān)系*密切，分別是專家系統(tǒng)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)深度挖掘。當(dāng)今時(shí)代 AI 在醫(yī)療的布局涵蓋院前管理、院內(nèi)診療、院后康復(fù)和藥物研發(fā)，涉及的方面從慢病管理到醫(yī)學(xué)影像、輔助決策和診療的方方面面。目前 AI 在醫(yī)療*成功的商用代表是由 IBM 與紀(jì)念斯隆-凱特林癌癥中心（Memorial Sloan-Kettering Cancer Center，MSK）聯(lián)合開發(fā)而成的 Watson 系統(tǒng)。它采集了近 1 500 萬頁醫(yī)學(xué)資料，綜合運(yùn)用 MSK 享譽(yù)全球的癌癥專業(yè)知識與 IBM Watson 的分析速度為患者提供個(gè)性化癌癥治療方案，加上其具備機(jī)器學(xué)習(xí)功能，能夠持續(xù)學(xué)習(xí)腫瘤學(xué)研究成果。

現(xiàn)今，AI 技術(shù)開始在胸外科領(lǐng)域進(jìn)行了探索，并且在胸外科相關(guān)影像與病理判讀方面取得一定突破，未來 AI 也將在代表胸外科手術(shù)*高智能化的手術(shù)機(jī)器人上持續(xù)發(fā)力，本文將對 AI 與機(jī)器人外科的結(jié)合作一討論。

1   人工智能在胸外科的應(yīng)用現(xiàn)狀

計(jì)算機(jī)斷層掃描（computed tomography，CT）是胸外科醫(yī)生檢測肺結(jié)節(jié)*常見且*基本的技術(shù)，是肺癌篩查和診斷的主要臨床手段?，F(xiàn)階段的篩查是由人工閱片完成的，但隨著篩查人數(shù)的快速增長，高分辨率 CT 的圖像數(shù)增加至上百張，人工處理圖像的方法越來越難勝任此項(xiàng)任務(wù)，因此 AI 輔助醫(yī)生顯得必要且高效。得益于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（convolutional neural network，CNN）的興起，機(jī)器學(xué)習(xí)的技術(shù)在影像識別領(lǐng)域取得了顯著的進(jìn)步，CNN 的學(xué)習(xí)過程模擬了動(dòng)物視覺皮層組織，一個(gè)成功訓(xùn)練的 CNN 模型可以在預(yù)處理信息的過程中構(gòu)建層次信息[2]。目前已有報(bào)道，針對局部征象的 CNN 模型快速成功地識別出胸部 X 線片中的各類病灶，包括：結(jié)節(jié)、間質(zhì)影、胸膜牽拉、氣胸、實(shí)體占位、心臟肥大等[3]。另有一些深度學(xué)習(xí)模型對肺癌篩查的計(jì)算機(jī)輔助檢測（computer-aided detection，CAD）系統(tǒng)進(jìn)行了評估，在肺結(jié)節(jié)分類及惡性風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測方面顯示出相當(dāng)大的可行性[4-5]。肺結(jié)節(jié) CAD 技術(shù)通過各類分析算法實(shí)現(xiàn)了胸部 CT 圖像中肺實(shí)質(zhì)的分割、肺結(jié)節(jié)的分割與檢測以及肺結(jié)節(jié)良惡性判斷等[6]。Ciompi 等[7]提出一種基于 CNN 的肺結(jié)節(jié)自動(dòng)分類法，其性能強(qiáng)大可媲美臨床專家，另外王媛媛等[8]的研究表明 CNN 對于 CT/PET-CT 多模態(tài)圖像識別有良好的效果，能實(shí)現(xiàn)較高的肺部腫瘤識別率。雖然 CNN 能更加準(zhǔn)確快速地識別肺結(jié)節(jié)，但目前僅有少數(shù)方法通過結(jié)合 AI 深度學(xué)習(xí)與 CT 影像來識別肺結(jié)節(jié)。

病理閱片與 CT 影像在胸外科雖屬不同范疇的診斷手段，但有異曲同工之處：兩者均依賴視覺圖像；兩者均面臨繁重的工作量。AI 在合適的階段介入了病理診斷領(lǐng)域并有替代人工診斷的勢頭。Koller 和他的同事基于機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)開發(fā)了一套病理切片的腫瘤識別工具，稱為 C-Path[9]。其能夠在細(xì)胞上皮與基質(zhì)中分辨細(xì)胞核與細(xì)胞質(zhì)的毗鄰關(guān)系，確定胞核的大小與定位。C-Path 經(jīng)過不斷的訓(xùn)練，可以實(shí)現(xiàn)腫瘤識別，甚至利用病理結(jié)果、基因背景以及臨床特征，多維度預(yù)測患者預(yù)后[10]。AI 病理識別模型已經(jīng)在乳腺癌與胃癌領(lǐng)域大放異彩[11]，相信不久的將來就能有輔助診斷肺癌、食管癌或胸腺瘤的 AI 出現(xiàn)。

上述 AI 的技術(shù)應(yīng)用更偏向于輔助診斷，但對于胸外科醫(yī)生來說，手術(shù)是核心，且常使用例如達(dá)芬奇機(jī)器人這類全球頂尖外科機(jī)器人技術(shù)來完成胸外科手術(shù)。據(jù)美國直覺公司的統(tǒng)計(jì)，2017年胸外科達(dá)芬奇機(jī)器人手術(shù)量已占全美胸外科手術(shù)的12%，高精尖科技與胸外科結(jié)合已大勢所趨，那么同為高端技術(shù)代表的 AI 在機(jī)器人手術(shù)中已有何種應(yīng)用？并將會(huì)碰撞出何種火花呢？

2   機(jī)器人手術(shù)應(yīng)用進(jìn)展

如果說 1985 年由美國洛杉磯醫(yī)院研制的腦組織活檢定位機(jī)器人 Puma560 的出現(xiàn)代表著手術(shù)機(jī)器人的開端，那么 2000 年 Intuitive Surgical 公司推出的 da Vinci?機(jī)器人就標(biāo)志著外科正式進(jìn)入了手術(shù)機(jī)器人時(shí)代。達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)憑借多種核心技術(shù)：高清視覺、直覺操作、人體工程學(xué)控制臺和高自由度仿真手腕等，成為了全世界應(yīng)用*廣、***的手術(shù)機(jī)器人，其應(yīng)用范圍涵蓋心胸外科、普外科、泌尿外科等數(shù)十個(gè)學(xué)科。

近 10 年來，電視胸腔鏡輔助胸外科手術(shù)（video-assisted thoracic surgery，VATS）和機(jī)器人輔助胸外科手術(shù)（robot-assisted thoracic surgery，RATS）共同組成了胸外科的微創(chuàng)外科（minimally invasive surgery，MIS）理念。MIS 下的胸外科手術(shù)出血量少、患者術(shù)后疼痛減輕、住院時(shí)間明顯縮短、安全性高、圍術(shù)期死亡率低。VATS 的運(yùn)用已趨于成熟規(guī)范化，處于平臺期，是目前胸外科手術(shù)的主流；RATS 對比 VATS 有局部優(yōu)勢，擅長解剖狹窄部位，可以拓展至更復(fù)雜的手術(shù)，譬如支氣管袖狀切除或局部晚期手術(shù)，RATS 下主刀舒適性提高，手術(shù)團(tuán)隊(duì)獲益，并且容易上手，對于成熟胸外科醫(yī)生來說僅需 20 臺次的訓(xùn)練即可掌握。然而 RATS 在解剖性肺葉切除術(shù)中對比 VATS 無明顯的優(yōu)勢[12]。RATS 雖是高端手術(shù)技術(shù)的代表，仍處于探索期，需要不斷發(fā)展前進(jìn)。手術(shù)機(jī)器人的發(fā)展已從常規(guī)優(yōu)化進(jìn)一步邁向從非智能狀態(tài)向初-中級智能化的創(chuàng)新變革。

2.1   微創(chuàng)化

機(jī)器人手術(shù)的微創(chuàng)化目前有兩大改變，一個(gè)是機(jī)器人操作孔的改變；另一個(gè)是機(jī)器人操作臂的改變。單孔（single-port）技術(shù)的發(fā)展使得機(jī)器人手術(shù)常規(guī)需要的 4 個(gè)操作孔變?yōu)?1 個(gè)，手術(shù)機(jī)器人的器械與內(nèi)鏡經(jīng)由單孔多通道的 Port 交叉進(jìn)入術(shù)野，加上遠(yuǎn)端固定點(diǎn)技術(shù)可以減少對 Port 的牽拉，機(jī)器人手術(shù)到達(dá)了微微創(chuàng)的程度。

機(jī)械臂單孔化作為機(jī)器人微創(chuàng)化的另一大思路，目前已有成熟產(chǎn)品面世：da Vinci? SP 系統(tǒng)，其通過將 3 個(gè)仿生手腕工具和攝像臂集于 2.5 cm 的單孔套管內(nèi)，實(shí)現(xiàn)單孔化手術(shù)，并可深入腔體內(nèi)部達(dá) 24 cm，不受局限地完成手術(shù)。

2.2   多功能化

手術(shù)機(jī)器人的多功能化之一是術(shù)中光學(xué)示蹤—使用額外的熒光激發(fā)與接收設(shè)備實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵解剖部位的結(jié)構(gòu)識別。其基本原理是利用吲哚菁綠（indocyanine green，ICG）與白蛋白結(jié)合的特性，且 ICG 受激發(fā)后能夠發(fā)出近紅外（near-infrared，NIR）熒光。NIR 自發(fā)熒光效應(yīng)低并具有較強(qiáng)的組織穿透能力，這些特性造就了 ICG 結(jié)合于 MIS 后有諸多的應(yīng)用，包括可視化血管、評估吻合口的灌注、尋找前哨淋巴結(jié)、判斷段間平面等[13]。

機(jī)器人手術(shù)術(shù)中超聲定位是肺結(jié)節(jié)實(shí)時(shí)定位的又一項(xiàng)新技術(shù)，其實(shí)質(zhì)是機(jī)械臂的多功能化—機(jī)器人專用探頭的彩色多普勒超聲掃描診斷儀可對靠近膈面、縱隔面、肩胛骨等部位、難以行 CT 引導(dǎo)下定位操作的結(jié)節(jié)進(jìn)行快速術(shù)中定位。研究表明，術(shù)中超聲定位并未延長手術(shù)時(shí)間，同時(shí)還具有減少出血量，縮短住院時(shí)間等優(yōu)勢[14]。同樣，有團(tuán)隊(duì)運(yùn)用胃鏡在食道病灶處放置金屬標(biāo)記夾，配合超聲進(jìn)行定位后完成 MIS 下食管癌切除術(shù)[15]。

手術(shù)機(jī)器人多功能化之三為短距離放療。Xoft?的近距離放療系統(tǒng)配合達(dá)芬奇機(jī)器人實(shí)現(xiàn)了術(shù)中放療，該產(chǎn)品的球囊施源器能通過 1 cm 的穿刺器，將放射劑量精準(zhǔn)施加在可疑殘留腫瘤細(xì)胞的區(qū)域，顯著降低局部腫瘤復(fù)發(fā)可能性，延長生存期，提高腫瘤綜合治療效果。相較于傳統(tǒng)外放射治療，短距離放療優(yōu)勢在于能達(dá)到更高的局部放射劑量并減少治療總周期。隨著技術(shù)革新與人工智能算法的輔助，胸部放療機(jī)器人也應(yīng)運(yùn)而生。近日，Dou 等[16]報(bào)道了一種新型的 CT 引導(dǎo)下機(jī)器人輔助肺癌近距離放療系統(tǒng)，該系統(tǒng)擁有較高的準(zhǔn)確度與可重復(fù)性，通過放療規(guī)劃系統(tǒng)地控制實(shí)現(xiàn)靶向部位的自動(dòng)定位后穿刺。雖然全世界范圍內(nèi)目前正式臨床化與商業(yè)化的短距離放療機(jī)器人系統(tǒng)寥寥無幾，且僅有的放療機(jī)器人針對的靶器官幾乎都是前列腺，至于針對其他靶器官放療系統(tǒng)的成熟產(chǎn)品更是仍在搖籃中[17]，但是放療是肺癌綜合治療重要的一環(huán)，機(jī)器人輔助下的胸部放療系統(tǒng)是未來開拓的方向，在縮短人工操作時(shí)間的同時(shí)又能提高病灶定位與治療范圍評估的準(zhǔn)確性。

短距離放療機(jī)器人背后的技術(shù)保證正是手術(shù)機(jī)器人多功能化之四：穿刺機(jī)器人。ROBIOTM EX 作為當(dāng)今操作性機(jī)器人的代表，是一種 CT 和 PET-CT 引導(dǎo)的機(jī)器人定位系統(tǒng)，機(jī)器人的輔助有助于快速準(zhǔn)確地定位腫瘤、放置工具，適用于腹部和胸部的介入手術(shù)，包括活檢、細(xì)針抽吸細(xì)胞學(xué)檢查、疼痛治療、引流和腫瘤消融。

2.3   一體化

一體化的目標(biāo)是將多功能化的產(chǎn)品均在一種設(shè)備上實(shí)現(xiàn)，這就要求單個(gè)功能的微型化和集成化，例如術(shù)中光學(xué)示蹤的實(shí)現(xiàn)需要近紅外激發(fā)與接收設(shè)備，實(shí)際上，機(jī)器人技術(shù)已將熒光染料與達(dá)芬奇機(jī)器人專用的相機(jī)頭、內(nèi)窺鏡和激光光源結(jié)合在一起。外科醫(yī)生現(xiàn)在可以在三維組織表面下實(shí)時(shí)識別脈管系統(tǒng)，同時(shí)也可以觀察關(guān)鍵解剖結(jié)構(gòu)[18]。

高端技術(shù)的雜交使得機(jī)器人手術(shù)更加高效、安全和精準(zhǔn)。對于胸外科醫(yī)生來說，肺癌冰凍病理決定著一部分患者的手術(shù)是行亞肺葉切除術(shù)還是肺葉切除術(shù)，許多胸外科醫(yī)生都有苦苦等待冰凍病理結(jié)果的時(shí)候，而當(dāng)今機(jī)器人手術(shù)一體化技術(shù)另一令人興奮的突破為術(shù)野實(shí)時(shí)病理。顯微內(nèi)鏡的發(fā)明使體內(nèi)、原位、實(shí)時(shí)的組織學(xué)細(xì)胞學(xué)診斷站上了病理學(xué)的舞臺，使高效的切緣病理分析、實(shí)時(shí)組織活檢成為現(xiàn)實(shí)[19]。顯微內(nèi)鏡經(jīng)過幾代技術(shù)革新達(dá)到僅需毫米級微型生物光子探頭就可實(shí)現(xiàn)細(xì)胞水平成像，且可以完美輔助于達(dá)芬奇機(jī)器人系統(tǒng)。顯微內(nèi)鏡與機(jī)器人系統(tǒng)一體化通過兩種方式實(shí)現(xiàn)，一是將探頭結(jié)合在達(dá)芬奇機(jī)械臂的持針手腕上；二是作為獨(dú)立的機(jī)械臂[20]。另外，新型力感應(yīng)顯微內(nèi)鏡探頭增加了在復(fù)雜、大面積的三維表面上獲取類似組織學(xué)圖像的能力[21]。共聚焦顯微內(nèi)鏡技術(shù)可提供大面積、高分辨率的圖像，這些都是組織識別與切緣評估的重要保障[22]。Lopez 等[23]將正式病理切片圖像與通過大面積、高速、深度掃描而獲得的高分辨率顯微圖像進(jìn)行比對時(shí)發(fā)現(xiàn)了兩者高度契合，這令人不禁對組織影像診斷學(xué)充滿信心。也不禁令人聯(lián)想到：AI 的深度學(xué)習(xí)功能可通過學(xué)習(xí) HE 染色病理切片的診斷模型進(jìn)而識別顯微內(nèi)鏡圖像中相應(yīng)細(xì)胞結(jié)構(gòu)，*終達(dá)到術(shù)野實(shí)時(shí)的 AI 病理評估。

手術(shù)機(jī)器人的微創(chuàng)化、多功能化和一體化代表著當(dāng)今***的機(jī)器人手術(shù)技術(shù)，但是胸外科醫(yī)生們是否滿足于此呢？達(dá)芬奇機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)是外科醫(yī)生操作機(jī)械臂手術(shù)的人機(jī)協(xié)作型機(jī)器人，它不能代表人工智能化的手術(shù)，并且達(dá)芬奇機(jī)器人系統(tǒng)是“全科”機(jī)器人，面對日益細(xì)分學(xué)科的外科，其不能勝任?？迫蝿?wù)。因此，具備智能診斷并提供全功能手術(shù)解決方案的高智能化手術(shù)機(jī)器人是未來，是變革的方向。

3   機(jī)器人手術(shù)的未來

得益于 CNN 技術(shù)和機(jī)器學(xué)習(xí)的進(jìn)步，我們相信，機(jī)器人手術(shù)將更加智能。抱著使患者利益**化的宗旨，AI 化的機(jī)器人手術(shù)流程貫穿術(shù)前到術(shù)中直至手術(shù)完成，包括術(shù)前智能診斷、預(yù)測術(shù)中風(fēng)險(xiǎn)、智能選擇方案到術(shù)中病灶定位識別并通過快速現(xiàn)場細(xì)胞學(xué)評估（rapid on site cytological evaluation，ROSCE）強(qiáng)化診斷，以期進(jìn)一步評估或修訂手術(shù)方案、優(yōu)化術(shù)式；見圖 1。AI 的加入絕不是與醫(yī)療技術(shù)兩者間生硬的加法，而是作為橋梁，是連結(jié)現(xiàn)有各項(xiàng)診療技術(shù)孤島的跨海大橋。

3.1   術(shù)前規(guī)劃

胸外科醫(yī)生術(shù)前規(guī)劃*常依賴于 CT，但 CT 提供的斷層圖像不夠直觀，因此應(yīng)運(yùn)而生的胸部 CT 三維重建技術(shù)加上三維數(shù)字軟件將患者全肺圖像立體化，可清楚顯示病灶所屬肺段，清晰觀察器官內(nèi)部、占位與血供。有經(jīng)驗(yàn)的主刀醫(yī)生甚至可以在腦海中預(yù)演一遍開刀全過程。那么為何不讓 AI 來完成這部分預(yù)手術(shù)的全過程？深度學(xué)習(xí)并能自我推演、模擬的 AI 利用頂尖胸外科醫(yī)生手術(shù)知識和經(jīng)驗(yàn)，依托數(shù)字化三維肺部重建的數(shù)據(jù)仿真各類胸外科手術(shù)全過程，可視化展現(xiàn)手術(shù)方案與步驟，上傳數(shù)據(jù)至達(dá)芬奇機(jī)器人系統(tǒng)以實(shí)時(shí)輔助主刀，制定手術(shù)切除范圍，計(jì)算患者術(shù)后肺殘量，預(yù)測陽性淋巴結(jié)，*終針對患者完成標(biāo)準(zhǔn)化的精準(zhǔn)手術(shù)。

3.2   術(shù)中導(dǎo)航

如果將完成機(jī)器人手術(shù)的主刀醫(yī)生與民航飛行員做個(gè)類比，我們不難發(fā)現(xiàn)，兩者均需要實(shí)時(shí)的操作“窗口”，看清目標(biāo)的“相機(jī)”，保駕護(hù)航的各類“傳感器”，實(shí)現(xiàn)精細(xì)操作的“機(jī)翼”，以及至關(guān)重要的“導(dǎo)航”系統(tǒng)和“地圖”。胸外科醫(yī)生雖然可以做到“起飛”前的路徑規(guī)劃，達(dá)到*終目標(biāo)，但“航線”偏差也是可能的事，因此眼見為實(shí)的實(shí)時(shí)病灶或淋巴結(jié)定位就顯得非常必要。

多中心、前瞻性研究顯示，利用放射性膠體和藍(lán)色染料的雙示蹤可繪制胃癌的前哨淋巴結(jié)（sentinel node，SN）分布地圖。肺癌、食管癌中的 SNs 廣泛分布于頸部至腹部，其轉(zhuǎn)移模式不可預(yù)測，因此 SN 導(dǎo)航不僅能作為檢測淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的準(zhǔn)確診斷工具，也可針對 SN 行個(gè)體化淋巴結(jié)清掃或預(yù)防性照射，而且借助 AI 的分析力其也能作為早期肺癌、食管癌患者預(yù)后分層的工具[24]。鑒于 SN 導(dǎo)航技術(shù)的進(jìn)步，機(jī)器人系統(tǒng)下可視化 SN 導(dǎo)航技術(shù)可以輔助主刀完成優(yōu)先、精確的淋巴結(jié)清掃術(shù)。

機(jī)器人術(shù)中超聲是術(shù)中導(dǎo)航的另一解決方法，它能實(shí)時(shí)觀察到結(jié)節(jié)，但超聲特異度和準(zhǔn)確率仍不夠理想，且易受干擾。不過利用 AI 強(qiáng)大的學(xué)習(xí)能力，完全可以彌補(bǔ)既有的缺陷，通過大樣本量建立肺結(jié)節(jié)術(shù)前 CT-術(shù)中超聲-術(shù)后病理的多模態(tài)模型，實(shí)時(shí)分析術(shù)中采集的超聲圖像完成病灶定位。我們可期超聲定位與 AI 的技術(shù)融合將開創(chuàng)術(shù)中肺結(jié)節(jié)自動(dòng)識別的時(shí)代！說到結(jié)節(jié)定位，另外一項(xiàng)不得不提的技術(shù)為電磁導(dǎo)航支氣管鏡。目前證明電磁導(dǎo)航引導(dǎo)下經(jīng)皮肺活檢診斷肺部結(jié)節(jié)是安全、可行的[25]；經(jīng)電磁導(dǎo)航引導(dǎo)放置染色標(biāo)記物，對肺部小結(jié)節(jié)進(jìn)行定位也同樣是安全有效的[26]。

上述技術(shù)可謂是內(nèi)外科融合的典范。那么我們完全可以大膽設(shè)想磁導(dǎo)航與機(jī)器人手術(shù)結(jié)合，經(jīng)磁導(dǎo)航引導(dǎo)定位放置“標(biāo)記物”以標(biāo)定結(jié)節(jié)，AI 將借助達(dá)芬奇機(jī)器人系統(tǒng)的高清視野通過光學(xué)、影像學(xué)、染色標(biāo)記物等*終識別結(jié)節(jié)，并在主刀視野中顯示方位。未來“里應(yīng)外合”的雜交技術(shù)完全可以將肺結(jié)節(jié)定位準(zhǔn)確率提高至 100.0%。

3.3   術(shù)中強(qiáng)化診斷

ROSCE 是以快速現(xiàn)場細(xì)胞學(xué)評價(jià)為核心，實(shí)時(shí)伴隨于病灶標(biāo)本取材過程的快速細(xì)胞學(xué)判讀技術(shù)。隨著平臺與學(xué)科的交叉融合，基于 ROSCE 的手術(shù)方式選擇、切除范圍界定、淋巴結(jié)清掃范圍確定、**方案的決定可交由 AI 做輔助判斷。三大技術(shù)保障術(shù)中強(qiáng)化診斷：非離體的密閉空間內(nèi)組織標(biāo)本處理技術(shù)；集成適用于病理診斷顯微鏡的機(jī)器人操作臂；AI 病理診斷系統(tǒng)。手術(shù)方案不僅僅由主刀經(jīng)驗(yàn)或者臨床指南來制定，而是基于影像-病理-術(shù)式-預(yù)后模型的 AI **方案推薦。高新技術(shù)服務(wù)于臨床，輔助胸外科醫(yī)生決策，縮短手術(shù)時(shí)間的同時(shí)使 RATS 達(dá)到真正的微創(chuàng)化。

3.4   輔助手術(shù)

AI 輔助達(dá)芬奇機(jī)器人手術(shù)絕非技術(shù)突破后一朝一夕就可實(shí)現(xiàn)，因?yàn)?AI 也如同人類需要學(xué)習(xí)，在千萬次學(xué)習(xí)與反饋后，成熟的 AI 才能真正輔佐主刀醫(yī)生，包括：R0 切除前提下依賴影像-實(shí)時(shí)病理-預(yù)后模型的**切緣的劃分，以期**程度保留患者肺功能；結(jié)合術(shù)中超聲，AI 展示病灶周圍血管、支氣管的毗鄰關(guān)系；虛擬展示不同切割邊界時(shí)肺殘量容積；利用靶段溫度區(qū)分法判斷段間平面[27]；為主刀挑選*合適的切割吻合器與釘倉。

另外，達(dá)芬奇機(jī)器人成像系統(tǒng)的 AI 化是足以改變傳統(tǒng)外科學(xué)手術(shù)方式的技術(shù)。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（augmented reality，AR）技術(shù)將虛擬圖像帶入現(xiàn)實(shí)，目前 AR 依靠 AI 強(qiáng)大的解析能力，可以在 RATS 上實(shí)現(xiàn)三維虛擬現(xiàn)實(shí)模型的展現(xiàn)，術(shù)中應(yīng)用于實(shí)時(shí)視頻圖像的疊加，“透視”解剖結(jié)構(gòu)[28]。采集并數(shù)字化每例患者的 CT 數(shù)據(jù)，構(gòu)建基于生物力學(xué)模型的器官變形預(yù)測，可以在手術(shù)操作時(shí)和呼吸運(yùn)動(dòng)過程中提供肺部的實(shí)時(shí)三維圖像，個(gè)性化展現(xiàn)氣管、動(dòng)靜脈等解剖結(jié)構(gòu)。疊加在 RATS 主刀視野上的 AR 解剖圖像能遵循主刀提拉器官等操作時(shí)的組織形態(tài)變化而動(dòng)態(tài)改變?；趫D像特征的形態(tài)變化檢測與力檢測功能，也同時(shí)解決了達(dá)芬奇機(jī)器人沒有力反饋的缺陷。

手術(shù)常伴隨著風(fēng)險(xiǎn)，通常對于緊急情況的處置依靠于主刀醫(yī)生的經(jīng)驗(yàn)，但術(shù)中的情況千變?nèi)f化，不能保證每一次突發(fā)狀況主刀都有相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)儲備，然而 AI 就可以成為術(shù)中風(fēng)險(xiǎn)處置的“百科全書”。AI 依托大數(shù)據(jù)收集所有術(shù)中意外情況，并給出相應(yīng)處理模式；依托影像基礎(chǔ)，對實(shí)際情況進(jìn)行分析，輔助主刀醫(yī)生找到破裂血管，突破人眼受術(shù)區(qū)模糊干擾的限制；AI 也可以警惕主刀醫(yī)生的危險(xiǎn)性動(dòng)作，規(guī)避各類風(fēng)險(xiǎn)。AI 的局部全掌控，將盡可能保留患者功能，從此機(jī)器人手術(shù)進(jìn)入零并發(fā)癥時(shí)代。

3.5   專科手術(shù)機(jī)器人

科學(xué)的飛速發(fā)展、社會(huì)需求的日益復(fù)雜，使得知識體系內(nèi)部“分化”和“碎片化”的狀況與外部要求的“綜合”和“應(yīng)用性”之間的沖突愈益頻繁。譬如醫(yī)學(xué)的發(fā)展何嘗不是分分合合呢，手術(shù)機(jī)器人也正經(jīng)歷著分化、綜合、再分化的過程。達(dá)芬奇機(jī)器人的器械對于各類手術(shù)都是通用的，通用機(jī)器人遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的需要，因此應(yīng)運(yùn)而生的專科機(jī)器人正嶄露頭角。

骨科的全膝關(guān)節(jié)置換機(jī)器人用于塑造患者股骨、脛骨和髕骨。神經(jīng)外科的 Remebot，具有自動(dòng)三維建模、立體定向定位、多靶點(diǎn)路徑規(guī)劃、多功能手術(shù)臺、標(biāo)志點(diǎn)精準(zhǔn)識別、病灶體積計(jì)量等功能，適用于近百種神經(jīng)外科手術(shù)。血管外科有微創(chuàng)心血管介入手術(shù)機(jī)器人，通過人機(jī)對話方式在導(dǎo)航系統(tǒng)引導(dǎo)下利用機(jī)械手為患者進(jìn)行精確的血管介入手術(shù)[29]。

那么，胸外科的手術(shù)機(jī)器人呢？我們大可期待于多學(xué)科交叉的共同研發(fā)，未來的肺癌手術(shù)機(jī)器人、食管癌手術(shù)機(jī)器人、縱隔手術(shù)機(jī)器人等等會(huì)服務(wù)于胸外科醫(yī)生。專科手術(shù)機(jī)器人將是整合術(shù)前規(guī)劃-術(shù)中導(dǎo)航-術(shù)中輔助等全智能化手術(shù)流程的精準(zhǔn)胸外科手術(shù)工具，高度的智能化甚至可一定程度替代主刀醫(yī)生的操作。隨著外科機(jī)器人系統(tǒng)的發(fā)展，機(jī)器人輔助手術(shù)的未來進(jìn)展將會(huì)使我們能夠進(jìn)一步了解胸腔和縱隔的顯微解剖，執(zhí)行精細(xì)的手術(shù)操作，精準(zhǔn)外科時(shí)代將來臨。

4   結(jié)語

機(jī)器人手術(shù)路在何方？我們認(rèn)為，路在腳下，在于高新技術(shù)不斷積累和轉(zhuǎn)化下奠定的基礎(chǔ)。目前手術(shù)機(jī)器人發(fā)展態(tài)勢良好，據(jù)估計(jì) 2021 年該市場將達(dá)到 200 億美元，雖然 Intuitive Surgical 壟斷著全球手術(shù)機(jī)器人的市場，但國內(nèi)國外已經(jīng)有越來越多的巨頭企業(yè)和醫(yī)療機(jī)構(gòu)加入了醫(yī)療機(jī)器人的研發(fā)。另一方面，AI 的興起給手術(shù)機(jī)器人帶來了更多的可能性，多學(xué)科協(xié)作下的學(xué)科交叉必然引起機(jī)器人手術(shù)方式的質(zhì)變，可以確定地說：機(jī)器人手術(shù)智能化是必然趨勢。

AI 不能完全替代人腦，對于未知的情況無法分析，因此無法處置千變?nèi)f化的手術(shù)和復(fù)雜情景，并且缺少一個(gè)很重要的能力：情感，這意味著診療不能因人、因情、因事而區(qū)別對待。相信在不久的將來，AI 能很好地輔佐胸外科醫(yī)生進(jìn)行醫(yī)療活動(dòng)。雖然當(dāng)下鋪天蓋地打著 AI 標(biāo)簽的技術(shù)充斥著我們的視線，但 AI 時(shí)代才剛剛拉開帷幕，并且我們應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到高端 AI 代表著人類社會(huì)的發(fā)展方向，因此支持并參與到 AI 輔助醫(yī)療的開發(fā)中去是新時(shí)代醫(yī)生們的使命。