手術刀不再抖：眼科手術機器人完成首批臨床實驗
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撰文 | 周鳴川（慕尼黑工業大學機器人與嵌入式研究所）
師雲雷（微創醫療機器人有限公司研發部）
責編 | 蔣海宇
知識分子為更好的智趣生活 ID：The-Intellectual
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2018年6月18日，英國牛津大學發布消息稱，該校一個團隊在新型醫療機器人設備輔助下，為多名病患完成了眼部手術。牛津大學稱，此次臨床試驗證明相關機器人技術能安全、可靠地應用在這類對精確度要求極高的手術中。
該研究主要由英國牛津大學附屬眼科醫院，及荷蘭埃因霍溫Preceyes BV公司共同完成。牛津大學提供臨床條件，Preceyes BV公司提供該公司研發的顯微手術機器人：PRECEYES 手術系統（圖1）。
臨床試驗中，病人都患有視網膜黃斑裂孔，需要進行視網膜部分膜層剝除操作（一種典型的玻璃體視網膜手術），以修復裂孔改善視力。
?圖1 PRECEYES 眼科手術機器人系統（來源：Eindhoven University of Technology）
「Preceyes公司實施的玻璃體視網膜手術並非眼科手術中最難的類型，畢竟很多醫生徒手也能完成手術，但是PRECEYES手術機器人系統確實是個很好的應用。」約翰·霍普金斯大學高級醫用器械和機器人研究實驗室副教授Iulian I. Iordachita告訴《知識分子》。
「同樣做眼科機器人的魯汶大學更有優勢，因為他們設計的協同手機器人能幫醫生實施徒手無法完成的手術，比如視網膜靜脈插管術（RVC）。」他在郵件中寫道。
什麼是玻璃體視網膜手術？
玻璃體視網膜手術對精度要求極高。醫生需要在鞏膜上安放三隻套管：一隻用來安放眼壓泵，以保證手術過程中的正常眼壓，使眼球保持充盈外形；一隻套管放置顯微眼科手術器具；最後一隻套管放置光纖，供手術照明。
?圖 2 玻璃體視網膜手術示意圖（來源：Zhou et al. 2018）
手術主要面臨三方面的挑戰。一是精度要求：理想手術操作精度要求為10微米（頭髮直徑約為80微米，醫生手部物理抖動幅值一般為100微米）。二是手術中微弱的觸覺反饋：眼科手術器械與視網膜作用力在15毫牛以下（1牛=1000毫牛，一個雞蛋重力約為0.5N）。三是手術中微弱的視覺反饋：此類手術發生在眼球內部，因此需要光纖照明，又因為視網膜透明，所以手術視野很差。因此，該手術需要多種儀器，經歷繁雜的手術流程，一般由主刀醫師，及多個助理醫師，協助操作完成。
?圖 3 PRECEYES的主操作手結構。該操作手安裝有電機，可向醫生提供力反饋。圖片來源：Eindhoven University of Technology YouTube Channel
?圖 4 PRECEYES的從操作手機構，呈雙平行四邊形。
臨床方案及結果
12位患有視網膜黃斑裂孔的病人進行了手術，病人被隨機分配到2個小組，分別由醫生手動，或者由醫生操作機器人完成。手術由兩個指標評估：手術成功率和手術持續時間。
實驗結果表明，手術成功率差別不大，皆為100%；但是機器人輔助手術的操作時間更長。機器人輔助手術全部操作平均持續時間為55min，而手動操作全部手術平均時間為31min。
該研究同時還應用機器人，配合卡爾·蔡司術中OCT成像儀器Rescan 700，進行了視網膜下注射。研究表明，這款機器人輔助手術在眼科視網膜顯微手術中是安全可行的。
?圖 5 手動手術和機器人輔助手術指標對照。圖a,b為關鍵步驟操作時間，圖c為全部手術操作時間，機器人劣勢明顯；圖d為微損傷數量對比，這項機器人佔優，但是統計學意義不明顯。（來源：Edwards etal. 2018）
該團隊發表的文章，討論了醫療機器人在手術中的應用爭議。機器人手術提高了操作精度，但是往往延長了手術時間；並且，機器人手術的臨床效果，並不比經驗豐富的醫生優秀太多。該團隊因此認為，人機交互的效率需要進一步優化，這將是影響眼科手術機器人推廣的重要因素。
筆者認為，手術機器人的早期優勢在於能夠降低學習曲線，增加能做相應手術的醫生數量，從而救治更多的病人；遠期優勢則在於能夠應用自動化、智能化的技術提高人機交互水平，並將手術流程和操作標準化，最終提高手術的效果和效率。
「後續的研究重點，會在機器人系統的設計上，使機器人更容易被眼科醫生所接受，並優化機器人系統的學習曲線，以及進一步提高機器人系統使用過程的安全性等等。」 Iordachita說。
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主從遙手術機器人（Master-slave Robot Remote Surgery）
主從遙是一種機器人的控制方式，即從機器人跟隨主機器人的指令運動。遙控玩具車便是利用主從遙的控制方式。除了主從遙機器人，機器人還能通過其他方式幫助醫生，比如：醫生和機器人共同控制手術器械，以及基於磁力控制的微型機器人。目前仍然活躍的中國研究單位主要有北京航空航天大學及中山大學。
參考文獻：
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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