千里之外 妙在纤毫

　　【编者按】 9月7日，经青岛、安顺两地医院合作，通过5G网络技术和我国自主原研手术机器人远程应用，成功为实验动物实施了全球首例5G超远程机器人腹腔复杂手术。

　　据媒体报道，今年，利用5G技术，中国在远程医疗领域创造了多项“世界首次”的突破。

　　今年3月，解放军总医院成功完成全国首例基于5G的远程人体手术——远在海南的神经外科专家通过5G网络传输的高清画面远程操控手术器械，为身在北京的患者实施了帕金森病“脑起搏器”植入手术。

　　今年6月，北京积水潭医院利用5G技术，同时远程操控两台骨科手术机器人，为浙江嘉兴和山东烟台的两名患者实施手术。这也是全球首例骨科手术机器人多中心5G远程手术。

　　这些手术的顺利实施，标志着我国5G远程医疗与人工智能应用达到新高度。

　　一块暗红色、带着颗粒质感的器官出现在屏幕上，只从形状上就能清晰分辨，那是猪的肝脏。用圆柱形的手术器械轻轻一推，像一块富有光泽的果冻，在白色的器官组织上左右滑动。

　　“现在把挡着胆囊的肝切掉。”主刀医生郭卫东对着屏幕，向助手医生下达指令。

　　肝脏的一角被圆角的镊子夹住了，两三厘米长的手术剪从屏幕右边伸进来，一开一合，鲜红色的血从切口渗出来。

　　9月7日，青岛大学附属医院。身着绿色手术服的郭卫东此时正坐在会议室里，戴着一副黑片眼镜，推动着面前的两根操作杆。

　　没有手术帽、口罩和橡胶手套，也没有任何防护工具，手术所需要的，只有面前那台带着显示屏的白色机器。而“患者”，此时正躺在贵州省安顺市西秀区医院的手术台上，接受着这台跨越3000公里的远程手术。

　　白色机器和远在贵州的机械臂，是一套系统，名叫“妙手S”，是首台中国自主研发的外科手术机器人。它能应用于泌尿、妇科、外科等多个部位，可以完成对直径1毫米以下的微细血管剥离、剪切、修整、缝合、打结等各种操作。

　　目前，这款机器已经辅助医生成功完成了几百例动物实验，在中南大学湘雅三医院进行临床试验阶段，完成了103例人体手术。

　　“未来，患者不用再为看病东奔西走，或许在家里，就能接受来自全国各地权威医生的诊断和治疗。”青岛大学附属医院副院长牛海涛说。

　　一台“妙手”，将手术刀延伸到千里之外。

　　“奇妙的机械手”

　　9月7日，青岛大学附属医院副院长牛海涛六点多就到医院了。换上绿色的手术服，上午，他要进行一场特殊的手术。他已经为此准备了一个多月。

　　医院的会议室里，技术员正在调试当天手术所需的仪器。那是一个白色的操作台，一米左右的高度，两三人宽，这是“妙手S”的一部分。“妙手S”意为“奇妙的机械手”，是我国首款自主研发的手术机器人。它由两部分组成，操作台是大脑，还有一个白色身子和机械手臂。通过网络连接，大脑能控制身子和手臂进行手术。

　　与此同时，贵州省安顺市西秀区医院的远程会议室里，一只50公斤重的白色黑花猪被搬上了不锈钢手术台。麻药正在起效，猪不再乱动乱叫了，它的眼睛眯成一条缝，任由医生给它插上尿管。绿色的手术衣罩住了它绝大部分的身体，只露出一块雪白的肚皮。

　　按照计划，牛海涛要和肝胆胰外科医生郭卫东接力，用5G网络连接“妙手S”的两个部分，为这只花猪实施肾脏、胆囊和膀胱切除手术。从青岛到贵州安顺，直线距离近3000公里，相当于横穿了整条“茶马古道”。

　　“开始吧。”上午九点，牛海涛看了眼大屏幕，向身在贵州手术现场的两位助手医生——杨学成和骆磊下达指令。他们都是青岛大学附属医院泌尿科的医生，四天前，为做术前的最后准备来到贵州。

　　第一个手术要做肾脏切除。猪侧躺着，左后腰上被切了三个两厘米左右的小孔，三只机械手臂插在上面，带着前端的手术工具伸进了猪的腹腔。不到一分钟，机械手臂上连接的腹腔镜就把猪肚子里的情况投射到牛海涛面前的显示屏上了。

　　戴上3D眼镜看，仿佛能触碰到器官。这是“妙手S”设计的一大亮点，独创的开放式立体图像系统，保证医生使用的舒适度。

　　牛海涛往前挪了挪座位，双手握上操作杆，小臂的肌肉线条逐渐清晰。机械手臂的操作需要调动手腕和手指的力量，经过长时间练习的医生才能准确把控，保证手术的精准度。

　　操作杆上有两个“机关”，一个位于操作杆下端，由中指、无名指和小指控制，轻轻按住操作机械臂移动；另一个在上端，像个小蘑菇，用拇指和食指捏住，能完成夹取、切断等动作。

　　围观的人群安静了，所有人的眼睛都定格在大屏幕上。屏幕中，手术器械在缓慢移动。两三厘米长的镊子拨开了花猪黄色的脂肪组织，然后夹住紧贴肾脏的后腹膜微微拉拽起来，这层白色的薄膜就变得更透明了。一个带着手术剪的机械臂从右边挪过来，在薄膜上划过，挑出一个口子。肾脏就隐藏在这层膜下面。

　　屏幕中旋转的3D透视模型能帮助医生更好了解猪的构造。黄色的肾脏两侧，紧贴着树杈一样的动脉和静脉。在切除肾脏的过程中，稍有不慎就会碰到血管。

　　剪刀缓缓向前划动，像行驶在平静水面的小船，走过的地方，留下两条明显的分界线。“妙手S”的前端机械臂能实现7个自由度旋转、弯折，相比人手操作的局限性，在狭窄的内腔里，机械臂表现出独有的优势。

　　深红色的肾脏露出来了。牛海涛活动了下手指。这个间隙，杨学成和骆磊把沾到血的内窥镜取出进行清洗。这是微创手术中常见的步骤，为的是保证主刀医生随时看到清晰的画面。

　　钳子、锁扣将肾脏周围的动静脉结扎，切断输尿管，操作一气呵成。八分钟后，那两个芒果状相连的器官和身体分离，第一项手术结束。

　　接着，由郭卫东接力，用“妙手S”实施了胆囊切除术和膀胱切除术。“之所以设计这两个项目，因为胆囊切除术是微创手术中最经典的一例，而膀胱切除术因为步骤繁琐，增加了难度系数。”郭卫东说。

　　上午十一点三十分，这例利用我国自主研发机器人进行的全球首例5G超远程手术宣告成功。

　　“舶来品”引发的轰动

　　这并不是牛海涛团队和“妙手S”系统的第一次合作。今年6月16日，他就操作“妙手S”，给威海的一头实验猪做了肾脏和胆囊切除手术。

　　“还可以更灵活些，但现在应用到手术中完全没问题，精准度和操作性都值得期待。”术后，牛海涛说。

　　其实用机械臂进行微创手术并不是中国独有的新技术。上世纪八十年代，美国就研发出一款名为“达芬奇”的外科手术系统。因其设计灵感来源于著名画家列奥纳多·达芬奇在1459年设计的仿人型机械，因此取名“达芬奇”。

　　这项技术研发的最初目的是应用在军事领域和航天领域。它由操作台、机械臂和成像系统三部分组成，四条机械臂的构造像一只大蜘蛛。

　　后来，这只“蜘蛛”让医生们发现了微创手术的“新玩法”。

　　2006年，中国人民解放军总医院（原301医院）引进了第一台“达芬奇”机器人。

　　“达芬奇”引进301医院时，在医院引起了不小的轰动。医生护士们都跑来围观。2013年，时任该院心血管外科主任的高长青在接受《21 CBR》采访时详细回忆了当年的场景：“机器上所有名称都是英文，必须先将所有的说明都翻译成中文。另外，试验操作达芬奇不能是正常上班时间，下班后，团队一起在实验室用猪心反复做试验。”

　　2007年1月15日，高长青利用达芬奇，给一位来自石家庄的病人实施了微创心脏手术。这例手术被称为“亚洲第一例全机器人不开胸微创心脏手术”，当天，中央电视台直播了这条新闻。

　　相对于医生手持器械进行的微创手术，多自由度旋转的机械臂就显得游刃有余了，这也使得很多复杂的手术变得简单。最经典的就是前列腺手术。

　　“前列腺在内腔的最里面，以前人手持器械做手术，很费劲，有时候手得一直拧着。”郭卫东介绍，“机械的灵活度更大，就容易多了。”还有手震颤过滤功能，消除了医生因长时间作业出现的手部颤抖。

　　牛海涛称，手术机器人的费用并不在医保的报销范围内，医院按照项目自行定价。相对于人工手术，同类手术用机器人完成，费用要多几万元。“但即便如此，还是有很多患者选择使用机器人，觉得更安全。”

　　“妙手”出世

　　作为唯一一款用于微创手术的机器人系统，很长一段时间内，“达芬奇”垄断了全球市场。这也直接导致，在国内每台“达芬奇”2000多万的售价一直高居不下。而且它的配套耗材都属于高值耗材，这也在无形中增加了成本。“达芬奇”的各项专利保护也给自主研发带来很多限制。

　　“因此，‘妙手S’的出现，更多的意义在于打破了‘达芬奇’的垄断局面，也改变了我们国家微创手术机器人单纯依靠进口的局面。”参与研发的威高集团总经理王炳强说。

　　2012年，第一代具有自主知识产权的微创外科手术机器人系统问世，它被取名“妙手S”。

　　“妙手S”是一个有三条胳膊的机械仪器，和“达芬奇”一样，能完成微细血管的剥离、剪切、缝合和打结等各种手术操作。在最初的设计上，立体成像系统沿用了美国机器人“立体图像观察窗”的设计。那是一个类似暗箱的装置。每次做手术时，医生在机器人前面坐好，头向前伸，脸卧进观察窗里，透过两个小孔，就能看到腹腔镜反馈出来的立体图像。但是，只要头离开观察窗，红外线射线感应开关自动关闭，机械臂就停止工作了。这让做手术的医生十分辛苦。他们要一直保持驼背伸长脖子的姿势，有时候几个小时的手术下来，脖子僵硬得嘎嘣嘎嘣响。

　　“你们这个东西不舒服。”有医生反映。研发团队马上着手改进，最后把“立体图像观察窗”改成了3D显示屏。这样看屏幕就简单多了，像平时看电脑。

　　如何使设备更轻便也是研发团队面临的难题。“最初设计的机械臂操作空间不够，手术床一定要严格按照机器人的出手布局摆位，稍差一点，手术中就可能出现危险。手术前调位置就要弄一个小时。”研发人员称，经过一年多的调整，才有了现在的第三代“妙手S”。

　　结构方面，不同于“达芬奇”“一个身子带动四只手臂”的设计，“妙手S”是“一只手臂两根手指”，相对于粗壮的手臂，手指更细、关节更多，弯折的角度更大，更灵活。

　　“手指”的设计也减轻了机器的重量。它总重只有300公斤，而且机械臂台可以随意移动。相比1.3吨重、只能固定在手术室里的“达芬奇”，“妙手S”轻便、自由许多。“做完手术，经过消毒，马上能推到下一间手术室。”

　　延伸千里的手术刀

　　“将微创手术机器人技术应用于远程手术，外科医生就可以不受地域限制为病人实施手术。这是机器人手术系统的潜在优势，也是远程医学中最为复杂的部分。”王炳强称。

　　2000年前后，国外就有远程手术的案例。著名的“林白手术”，就是利用手术机器人系统，完成了从美国到法国的远程胆囊切除术。国内的科研机构也开展了远程机器人系统研究。2006年，北京积水潭医院利用自主研发的机器人辅助进行了骨科手术。

　　“但和腹腔外科手术相比，脑科手术和骨科手术的技术要求略低。”一篇发表在《腹部外科》杂志上的文章对此作了详细说明：“脑科手术和骨科手术不需要全程不间断的实时手术视频传输远程操作，对网络延时的要求不大，对数据传输的要求也不高。”

　　“‘达芬奇’系统其实也设计了远程手术模式，但是引进中国时这个模块被取消了。因此多年来，国内没有用‘达芬奇’做远程手术的案例。”牛海涛解释。但“妙手S”解决了这个难题。

　　“妙手S”问世后，研发团队对这款自主研发的机器人进行了实验。

　　实验于2015年7月18日进行。研发人员将机器人的操作台放置在天津的研究室里，通过10M带宽的商用网络连接，给躺在北京的实验猪进行了胆囊切除、胃穿孔修补和肝脏楔形切除术。

　　三项手术共进行了100分钟。结果显示：“术中无周围脏器损伤，手术过程中有一定的延时效应，但基本不影响实验顺利完成。机器人远程手术操作过程中未出现明显抖动或其他机器人系统不稳定情况。”这是国内首次动物腹部外科远程手术成功案例。

　　这次青岛到贵州的远程手术能够顺利实施，倚靠的就是这项技术。

　　“未来，患者不用再为看病东奔西走，或许在家里，就能接受来自全国各地权威医生的诊断和治疗。”牛海涛说。

　　亲历者说

　　●牛海涛（青岛大学附属医院副院长）

　　9月，我们利用我国自主研发的机器人“妙手S”，在青岛为贵州安顺西秀区的实验猪实施了肾脏、胆囊和膀胱切除手术。我是这次手术的主刀医生之一，也是“导演”和“编剧”。

　　其实今年6月，我们接触到“妙手”机器人，就进行过一例远程手术。那例手术成功切除了猪的肾脏和胆囊，也是由我和郭卫东教授主刀的。我们两个在青岛，机械臂和猪在威海。

　　这次手术给我们增长了信心，这才有了这次跨越半个中国的手术。贵州西秀区医院是我们的定点支援单位，又刚好符合条件，因为这项技术未来肯定是要应用到相对偏远、医疗水平不发达的地区。

　　为了这台手术，我们投入了大量的人力和精力，一百多人，前后准备了一个多月。

　　首先是网络。西秀区还没有5G网络，整个安顺市只有一个基站，在联通大楼的楼顶上。经过协调后拆下来挪到了西秀区医院附近。

　　然后是仪器运输。机器人是精密机器，稍微磕碰一下可能就坏了。把仪器拆开后，分别从天津开车运到青岛和贵州。贵州山路多，怕中途颠簸，我们找人定做了两个大铁架子，好几十斤，把机器主体牢牢箍住。

　　未来应用中，远程手术将面临很多挑战，比如网络安全。比如有人恶意攻击，在网络中设置病毒程序，人为中断网络或让机械手臂失控怎么办？还有中途断网怎么办？断电怎么办？机械手臂在手术中出现故障怎么办？

　　为了应对可能出现的问题，我们设计了A、B、C好几个方案，几乎是所有能想到的问题都做了预案。

　　尽管准备充分，但因为距离比较远，还是有担心。尤其是手术前一天预演，网络不稳定，延迟很明显，所有人都高度紧张。在贵州辅助的杨学成和骆磊衣服都湿透了。但预演成功了，真正手术时也就放心了。所以第二天正式手术时，我做肾脏切除术只用了八分钟，很顺畅。

　　一直以来，大家常说的5G远程治疗其实更多是远程指导，从技术角度来说并不难实现。就像大家熟悉的视频聊天一样，一方在诊疗或者手术，另一边医生能看到现场。但我们这次是真正的远程手术，真刀真枪的，是具有巨大社会意义的。

　　■ 同题问答

　　中华人民共和国成立70周年最大的变化和进步是什么？

　　牛海涛：这次5G超远程手术的成功，标志着中国原研机器人达到了国际水平。虽然现在“妙手S”体积还比较大，但未来说不定可以做成只有一个工具箱大小，就像科幻片里演的那样，那时外科医生无论在哪，随时随地都能救治需要手术的患者。我相信过不了太久，这个愿望就能实现了。

　　新京报记者 王翀鹏程 实习生 郑丹 邓鹏卓 青岛、威海报道