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智能化手术-从设想到临床现实

发布时间:2022-06-06 来源:智医链 浏览量: 字号:【加大】【减小】 手机上观看

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人工智能(AI)在临床中应用已经不是一个新鲜的新闻,AI在临床应用却引发一轮又一轮高潮。

Konrad Karcz教授对AI在临床应用评价:“我们正处于互联网医学革命之中,尤其是在外科手术中,AI正以惊人的速度发展,AI器械将深刻改变外科手术。

如果,OR中已有许多AI APP:例如智能监测系统监视,它能够记录发生的任何问题,比如自动记录手术过程中的出血量。

从明年开始,将提供智能化的术后引流系统,术后引流系统可识别病理状况并在出现任何异常情况时自动通知外科医生。“我们将能够从检测到病理的那一刻起将响应时间从六到八个小时缩短到大约30分钟。因此,将减少并发症的发生并提高康复速度。我们已经在实验室中测试了原型样机。” Karcz教授说道。

是否真正意义上机器人?

在医学领域,AI与手术机器人联合使用已不是新鲜事。 在1985年,当机器人手臂PUMA 560在CT引导的脑活检手术过程中将活检针插入到患者病灶位置时,简化版AI就已经和手术机器并肩工作 。从那时起,越来越多的自动化和对微创手术的关注推动了外科医学进步。例如,Intuitive Surgical已在全球部署了超5000台达芬奇机器人。

但是,Karcz教授并不认为这些支持手术机器人是真正的AI手术机器人。“当我们听到“机器人”这个词时,我们想到的是《星球大战》中的机器人拥有自主思考和行动能力。如今,手术室中的机器人无法自主执行动作,它们仅仅是外科医生手的延伸而已。”他解释说。尽管机械臂具有七个自由度,但它们仅充当执行外科医生动作的操纵器而已。外科医生完全掌握机器人的控制权。

微型化

已上市的机器人总是给人一种笨重“坏”印象,需要在手术室中占用相当大的空间。因此,Karcz教授确信手术机器人下一波浪潮将有是小型化、微型化。

以色列的Human Xtensions公司已经使多自由的机械臂小型化 ,这种手术器械同样具备七个自由度,可以直接在手术中进行精准手术操作。

同时,研究人员正在研究常规人体腔道诊断及治疗的替代方法。“患者将微型机器人如同药物胶囊一样吞食,该胶囊会在人体中移动以采集病灶组织或治疗病灶。听起来像科幻小说,但是这种技术已处于测试阶段。

相似的发明还有Origami机器人,在2016年Origami机器人由麻省理工学院、谢菲尔德大学和东京理工学院的研究人员共同开发。它能被患者直接吞咽,并在患者消化道内活动。Origami机器人由两层材料组成,加热时会收缩。外层材料定义了中间层收缩时机器人如何“发展”。永磁体放置在折痕之一中,通过体外磁场变化控制Origami机器人。控制主要是对机器人施加旋转力:机器人绕其中心轴快速旋转,或者绕其固定腿之一旋转得更慢。此外,机器人还可以像履带一样向前滑动。在一个实验中,Origami机器人成功从一个孩子胃中取出一个纽扣电池。

马克斯·普朗克智能系统研究所的研究人员还开发了一种磁控微型机器人。它使药物可以直接输送到患者体内需要的位置。

可视化

手术可视化也在不断的取得进步。Karcz教授解释了模拟,数字和混合增强之间的区别。

模拟增强仅基于化学反应:例如吲哚花青绿(ICG)由当在某些光学系统中受到近红外光(NIR)(λ= 600-900 nm)刺激时显示出扩散荧光的颗粒组成。在荧光成像中,患者接受ICG注射。该方法通常用于腹腔镜内脏手术,可提供重要信息,例如有关血流的信息。数字增强就是增强现实的使用。放射图像经过数字化后处理以提取目标的器官。因此,创建的图像无法反映现实,但是外科医生可以在手术期间使用它来突出显示人体中的某些目标区域。

在混合增强中,荧光图像被叠加在经过数字处理的图像上,以对某些组织类型进行颜色编码,从而使外科医生能够实时识别肿瘤。“想象一下使用腹腔镜激光使恶性肿瘤肉眼可见技术!”这项技术是由Friedrich Schiller大学的莱布尼兹光子技术研究所(Leibniz-IPHT)、耶拿大学医院和弗劳恩霍夫应用光学与精密工程研究所的研究人员在显微镜下开发的。

改变

尽管这些技术进步还需数年,但Karcz教授深信技术进步将改变人类外科医生的角色,甚至可能使他们变得过时。

鉴于当前技术趋势,医学不得不去适应技术发展,医学培训也不例外。 Karcz教授预测,传统的课堂教学将被虚拟培训取代。 甚至更多:“人工智能和其他新技术的多方面应用将改变传统的医学培训。 有思想的手术机器人将在将来自主执行任务,而外科医生将控制这些活动。 因此,医学培训的重点将是教给学生如何使用这些技术。”


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