英国皇家工程院院士杨广中:人机共生医疗机器人未来

2017年08月25日 15:08 新浪科技

微博 微信 空间

添加喜爱
英国皇家工程院院士、英国帝国理工大学 Guang-Zhong Yang英国皇家工程院院士、英国帝国理工大学 Guang-Zhong Yang

  新浪科技讯 8月25日消息,2017世界机器人大会在亦庄正式开幕,大会于8月23日至27日举行。本届世界机器人大会以“创新创业创造,迎接智能社会”为主题,大会,分为论坛、展览、比赛三部分。展览部分展出面积约5万平方米。全球机器人行业的领先企业携“明星”展品悉数亮相,展示了机器人行业产业链上下游各环节的最新技术应用,勾勒出一幅充满未来感的机器人世界图景。

  8月24日大会主论坛上,英国皇家工程院院士、英国帝国理工大学 Guang-Zhong Yang发表了“人机共生- 医疗机器人的未来”的主题演讲,以下为实录:

  Guang-Zhong Yang:非常荣幸能够参加此次会议,今天我想和大家分享的是医疗机器人过去二十五年的发展,以及未来有什么机会可以让我们携手并进。

  我来自哈姆林中心,现在所做的主要工作就是要开发一种安全、有效、可及的技术。我们知道医疗机器人这种技术从高科技的角度来说吸引了很多的注意力,但是在今后的五到十年当中我们要做的是怎样让这个技术使所有人从中获益。有些人可能不仅仅是从技术的角度,而且要从医生的角度来思考这个问题,就是怎样推动外科手术技术的发展。在过去的几百年当中开放式的手术是标准性的,今天我们在做外科手术的时候还是使用这种开放式手术。同时无创伤的外科手术,减少流血等等也有很多的好处,所以现在大家也在研究无创手术,七十年代的时候就有一些技术出来了,现在我们已经有一些无创手术技术了。进行无创或者低创技术也有一些挑战,包括对工具控制的复杂度以及对不同工具之间的协调等等,这就需要我们的医疗机器人帮忙了,第一代的医疗机器人的设计用在了一些外科手术当中。

  达芬奇平台在今天的大会也有展览,里面有非常先进的机器人技术。回顾一下历史,这也是FDA在1993年的时候批准的机器人手术系统,他们是用语音进行控制,一共有7个自由度的机器人。同样的一家公司对这个技术进行了扩展,控制这个机器人的手臂进行手术。这是由Jack Sccot用这个系统在纽约进行的手术,当时的病人是在斯特拉斯堡。这是达芬奇平台,性能方面实现了三个主要的进展:首先是有着强大的视觉能力,能够非常灵活地进行手术,并且也能够移除一些器官,进行非常精准的操作,也使得它可接触的范围更为广泛。很多人可能看过这个视频,我们可以看到它的操作精准度有多高。医学机器人在过去的二十五年当中是明显取得了很大的进展,过去可能只是专业用途的机器人,现在已经扩展了它的应用范围,包括达芬奇平台等等,所以无论哪个领域都取得了很大的进展。

  新一代的系统一直在开发的过程当中,我们从来没有停止开发的进程,但是这个技术现在最新的产品还没有正式上市,但是新的技术当中可以用一些最新的技术,包括这种视觉语音的技术进行手术,完成一些实际的工作。手术机器人在二十五年前的一个非常小的应用领域到现在已经用于很多领域了,并且在未来几年当中它的精准程度和医疗质量都会有所提升。而从商业的角度来说前景也是非常大的,很多初创企业也都是进入到了这个领域,年均复合增长率达到了13%,并且到2020年的时候市场规模将达到接近180亿美元。当然,其实这还是一个比较保守的估计。关于其在床位和普通手术等各个领域都会有应用,未来我们也会看到更为专业的机器人平台,它会更加智能,并且能够用于很多种类的外科手术当中。这是全球的情况,现在大约有4000个此类的机器人正在使用,所以可以看到未来的市场潜力还是非常大的。

  我们面临的问题、挑战和机会都有哪些呢?无论来自于美国、欧洲还是中国的初创企业,此次会议当中我们已经看到了很多初创企业开始在做医疗机器人的工作了,包括来自于韩国、新加坡和日本等初创企业也都在钻研这个领域。现在医疗机器人已经进入了一个黄金时代,回顾一下过去的经验教训和目前在医疗领域的具体实例,未来我们是否要那种更大更复杂的系统?机器人未来是否会在手术室发挥主要的作用?还是要那些更小的机器人?所以未来在手术室当中仍然是外科医生发挥主要的作用,这是我们需要回答的问题,所以不仅仅是法律、道德和商业的问题,而从技术的角度来说这也是带来了很多的挑战。机器人的大小也会带来一些限制,发展的路径不一样的话需要做的工作也不一样。

  我是《机器人科学》杂志的主要编辑,这里涉及到很多自动化的工作。我们把自动驾驶分成几个级别:零级就是我们现在用的汽车,一级是可以在维护系统控制方面发挥一些作用,再往上划分的话自动化程度会进一步攀升,五级的时候机器人甚至能够做出自我决策和自我规划,甚至可以取代部分外科医生做的工作。所以从技术的角度来说,我们是否能够实现这些东西,并且避免它的负面影响?一级自动化可能也就是做一些维护和简单的控制工作,下一个级别当中机器人能够控制一部分系统,然后自动地完成一部分任务,四级基本上就能够完成大部分的工作了。了解了自动化的不同分类和级别之后就能够将自己的系统做一个归类了,并且这些事情也可以和很多的法律问题联系到一起。

  未来医疗机器人会朝着什么方向发展呢?我们首先要让它有更好的视觉功能和感知功能,包括更好的反馈功能和更强大的智能。第一步就是准入和控制的问题,也就是如何在这个复杂的环境当中有着准确的回应。这对医疗机器人来说,比如骨科手术当中现在用手来控制其实是非常常规的一种做法,现在可以用机器人来尝试着做一些事情。如何能够将这些机器人做得比较稳定,而且又非常敏捷呢?这是非常重要的一个领域。这个系统当中机器人可以把一个东西维持在一个位置,但是非常稳定的,同时也是非常敏捷的,移动起来非常灵活,当它足够稳定的时候就能够给我们提供手术当中所需要的稳定性。Blue Belt系统是一套手持的系统,也是另外一套发展方向。

  大家可能会问,我们是否真的需要这样的机器人臂帮助我们完成一些任务?还是未来我们只是需要这些比较小的、帮助我们完成一些比较复杂精细工作的小型机器人?比较大的宏观工作可以用大的机器人来做,但有些时候我们也面临着很多的限制,所以用这些小的机器人可以帮助我们做一些微创的手术。未来机器人会变得更为智能,这些年的研究发现它可以应用在很多领域,比如控制其它的电子系统用作力度控制,并且大家可以在这里看到很多的问题其实都已经解决了,但是未来五到十年当中很多的事情将会用在实际的生活当中。

  再就是提供一个更好的视觉功能,可以充分利用这种预设的图片功能,包括实时的视觉功能,甚至可以结合过去的历史图像和视频进行学习,手术当中用机器人帮助你看到一些看不到的地方,比如移动一些组织,或者避免一些由于人工误操作造成的影响。这个工具必须非常精准、非常敏感,所以我们用上机器人技术加上增强现实,再加上视觉技术就可以使得这个手术流程变得更加安全。这些需要我们对机器人的感知能力和视觉能力进一步提升,更为重要的是,要想在日常的临床工作当中使用的话,甚至可以让它在iPad上面使用。

  下一个级别就需要将一些图像视觉等等技术结合到一起,这个级别的机器人甚至可以改变整个手术的流程,比如肿瘤的手术现在我们可以用机器人来做一些辅助,如何能够保证在检测肿瘤的时候不会出现偏差?毕竟对病人来说治疗还是非常重要的。这里左边是活体检测的结果,右边是提供了更多的细节,所以随着机器人技术的使用,甚至可以给我们提供一些实时的信息,这样就会更加精准和准确,通过机器人的观察,看到的不仅仅是一个静态的状态,甚至是一个实时动态的状态,而且延时可能只有毫秒这个级别,这给我们带来的机遇还是很大的。

  它的真正好处是,能够观察得更为仔细。这是一个有乳腺癌病人的图片,这里做了一些干预手术和微创手术,并且通过机器人的观察能够看到有些地方具体变形的情况。这些东西都对手术的过程有非常大的帮助,即使有些器官只发生了非常微小的变化,手术的过程当中也有很大的影响,所以如果有机器人设备的帮助,能够保持手术过程当中的稳定性。但是还有一些其它图像的模块可以用于机器人当中,上面的这些都是我们比较熟悉的,临床当中下面的这些技术也是逐渐地在开始使用。考虑到外科手术的实际环境,也包括一些实时的视觉,这些东西都能够进行应用。因为我们对手术的要求是非常准确的,并且它们的分辨率也越来越高,所以要想观察得更为仔细的话是必须要使用机器人的。通过机器人的手臂,我们可以将手术做得更加精准,找到我们想要的细胞,这才是机器人真正附加的价值,不是让机器人去做现在外科医生能够做的事情。

  我们甚至还可以进一步深入到分子层面和原子层面,现在可以用机器人检测癌症,甚至可以从原子的层面了解病症。再下一个级别我们就需要将机器人做得更加智能了,这样就能够了解到手术过程当中的信息进行学习,可以用这种感知的功能来保证机器人能够更好地了解病人的状况,这甚至需要病人和机器人进行互动。如何实现人机之间的互动,让机器人更好地了解病人的病症,这也是我们需要不断改善的事情。我们用一个机器人来控制一个显微镜,让它取走这个表面上的东西。后面的技术用的是这种追踪技术,这样的话机器人就可以很好地了解你的想法,首先要让机器人了解外科手术的目的,这也是人机之间的互动方式,我们还可以在医疗台上进行操作。

  刚才给大家举了三个例子,就是未来机器人发展方向,还有很多其它的领域进行探索,机器人未来应该变得更为安全、更为有效,并且使用的范围更广。我们也希望把机器人做得更为精简、功能更多、使用起来更为容易、机器视觉更好,但是最终我们希望的结果就是手术的结果是最好的。让它更小和更灵活是我们的目标,如何让左边的机器人变得右边这么小,以及我们怎么把微纤维的技术融入进去?把特别大的系统变成一个可以跟微小的材料技术结合起来,比如纳米技术等等,这些都是我们的发展方向。圣地亚哥加州大学的一篇文章里面谈到了怎样做微型的机器人,怎么把它整个的规模变小,甚至是使用一些细菌级别的机器人进行手术。

  这里有些可以在水里使用的小型机器人,还有纳米机器人可以用来治疗一些常见的疾病,其它类型的小型机器人可以用于眼睛的手术,也有一些机器人可以用于听觉的修复等等,这些都是在非常微型的级别进行手术的机器人。这些机器人会在传统的外科手术当中推广,很多做不到的事情可以通过这些机器人来做。由于过去六十多年医疗技术的发展,我相信下一步的里程碑将是医疗机器人,它会使得我们可以做很多以前做不了的事情。所有的这些领域都给我们提供了非常好的合作的机会,从微电子到微材料、实时反馈和人机协作,我们都有很多的合作机会。

推荐阅读
聚焦
关闭评论