北京积水潭医院副院长刘亚军教授演讲及会后专访

2022年5月24日，BMJ与中国医院协会合作举办了“创新驱动 引领发展”系列国际研讨会的第三场会议，主题为“AI赋能医疗创新”。在该会议中，北京积水潭医院副院长刘亚军教授进行了题为“机器人辅助骨科远程治疗的临床应用与思考”的演讲，介绍了国内及积水潭医院机器人辅助骨科远程手术的历史、现状及未来发展方向。

会后，BMJ Innovations 期刊副主编 Helen Surana 博士对刘亚军教授提到的一些关键点进行了进一步的专访。
文字采访整理如下：

1. How dependent is scaling remote surgery on technology development of connectivity? 扩大远程手术的应用规模有多依赖于数字通信技术的发展？

远程手术通过有线传输或无线传输等方式将医疗数据进行整合，远距离传送生物信号、图像、视频等信息，从而实现远距离临床监测、手术规划和手术操作。能够快速、高效地辐射优势医疗资源，提升远程救治效率和质量，可用于患者异地诊疗和医学应急救援。

数字通讯技术是开展远程手术的基础性设施，其技术水平在很大程度上决定了远程手术的发展节奏。

一方面，数字通讯的传输速度和带宽，决定了远程手术的模式。在高带宽和高速的条件下（如：部署有5G通讯网络的地区等），可以开展基于主从遥操作模式（master-slave teleoperation）的直接的远程操作（tele-manipulation），比如：基于达芬奇机器人、威高妙手机器人等开展的远程腔镜类等手术；在窄带宽和低速的情况下（如：边远地区、山区等特殊环境），可以开展基于遥规划模式（tele-planning）的远程骨科、远程穿刺等手术。因此，建设适应不同带宽度和带速的数字通讯网络的远程手术模式，有利于大范围、多层次地推广远程手术。

另一方面，数字通讯的传输安全性和稳定性，也决定了远程手术的临床接受程度。不稳定的网络，很容易造成网络传输的较大延时、数据丢包等问题，从而直接影响远程手术的开展，因此，早期的远程手术，如著名的“林白手术”（Lindbergh operation），就采用专用网络来解决这一问题。当然，随着数字通讯技术（尤其是5G）的发展，传输稳定性得到了大幅提升，远程手术在2020年前后再次回到公众视野。网络传输安全性是影响远程手术推广的另一个主要技术问题，在最近几年受到了广泛关注。黑客攻击、网络病毒等是互联网通讯领域的长期话题；在远程手术领域，美国华盛顿大学在2015年前后，利用“乌鸦”（Raven II）远程手术机器人，模拟了远程机器人手术过程中可能受到的网络攻击情况，表明：如果在互联网通讯的过程中受到网络攻击，既有的“标准遥手术协议”ITP（Interoperable Telesurgery Protocol）还是存在较大风险的；恶意入侵者有可能阻塞、干扰甚至劫持本地和远程两地之间的网络连接，包括视频、控制命令等等。因此，数字通讯传输的安全性和稳定性将是远程手术中的一个长期话题。

2. Where are the big capability gaps for humans - what can robots do better than human surgeons in orthopaedics? 人类最大的能力缺口在哪些方面——骨科机器人相比人类外科医生在哪些工作上表现得更好？

在骨科手术中，医生的短板在于无法看到深部的组织，无法将术前设计直接应用到术中，手术动作的控制力、稳定性不足。而在上述三个方面恰恰是机器人更有优势。比如：借助三维影像导航，机器人可以精确识别骨性解剖结构；术前或术中规划可以精确执行，很容易达到毫米级精度；在操作稳定性上，机器人可以长时间、稳定地抓持手术器械。另外，在放射安全性方面，机器人可以工作在有放射线辐射的环境中，从而使医生避免遭受辐射损伤。

随着合作机器人的发展，人机协作正在成为骨科机器人手术的发展趋势。这一模式能够很好地发挥人和机器人的各自优势，提升手术效果和手术效率。

随着AI技术不断进入骨科领域，将骨科机器人与AI结合，能够更好地发挥其“眼”、“手”、“脑”的作用，全面辅助医生操作。

3. How do you distribute roles and responsibilities for successful remote site surgery, at each site? 在一场成功的远程手术中，双方（控制端和手术端）应如何划分角色和责任？

远程手术的主要目的，是发挥控制端的专家医生的丰富经验，为手术端的患者实施高质量的手术操作。为了实现这一目的，需要两端的密切协同配合：以数字通讯网络为基础设施，不仅有设备设施的配合，更需要人员团队的配合。

远程手术的模式，目前主要有两大类：直接的机器人主从遥操作、基于遥规划的远程监控操作。

直接的机器人主从遥操作，多见于机器人辅助远程腔镜类手术。经由通讯网络，控制端的医生操纵手柄，直接控制手术端的机器人，在患者身上实施精细灵巧操作。可以看到：在这一模式下，控制端的医生掌控整个手术操作过程，应该说是跨两端的；手术端的医务团队主要起到辅助作用，不直接介入手术操作。

基于遥规划的远程监控操作，多见于骨科、脑外科等导航定位机器人手术。这一模式下，有经验的医生在控制端设计（规划）好机器人的动作路径，通过通讯网络传输到手术端；再由机器人在患者身上实现该路径，将机器人末端的套筒等工具定向到钻孔路径上，而实际的钻孔操作通常由辅助医生手动完成。可以看到：在这一模式下，手术方案和机器人路径设计由控制端的医生完成，以充分发挥专家的经验；机器人实际操作则由控制端和手术端的医生共同监督完成，以顺利完成手术。

两种模式的区别主要在于控制端医生对手术端的机器人是否有连续的直接控制。“直接的机器人主从遥操作”更多的是发挥医生的专业知识和操作经验，机器人只是被动实现工具。“基于遥规划的远程监控”则充分发挥了控制端医生的专业知识和手术端机器人的自动执行的各自优势。

4. What are the key ways for integrating AI into surgical robotics in the future? 未来将AI技术应用到手术机器人中的核心前景是什么？

机器人和AI正在通过弥补人类能力短板的智能辅助形式，变革现代医学的发展途径和应用方法，引领未来医学的发展。

AI的优势在于，依托机器学习/深度学习方法，能够从纷繁复杂的临床大数据中快速学习到预期的内容，甚至是预期之外的一些发现；并且，这一技术的应用结果并不依赖于特定医生，更具有规范性和稳定性。因此，AI在手术机器人中受到了广泛欢迎，已经在医学图像的特征分割、解剖组织的自动重建、机器人动作的自动识别和安全预警、机器人手术的效果评估等多个阶段得到了应用，并显现了令人鼓舞的应用前景。

当前，数据驱动方法已经成为手术机器人系统研发和临床科学评价的共识。未来，“手术数据科学”（SDS）为基础，AI技术将全面介入手术机器人的研发（功能扩展、性能评价）和应用（术前、术中、术后）全过程，无缝集成。

北京积水潭医院2006年首先尝试并成功完成了北京-延安骨科机器人辅助胫骨骨折遥规划手术。2019年开始进行基于5G网络的导航定位机器人远程骨科手术，目前已经完成165例各类骨科手术（包括上颈椎、胸腰椎、骨盆、四肢骨折等手术部位），覆盖了京津冀地区、边疆地区、沿海地区等地的典型医疗机构，实现了远程骨科手术的常规化开展。

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