作为新一代医疗技术的重要组成部分，智能微创诊疗具有巨大的临床价值和社会效益，是新兴医疗产业战略发展点。

　　机器人辅助的智能诊疗是在机器人辅助基础上集精准诊断、精确治疗、协同一体化的系统集成及创新应用。其技术体系包含智能诊断、精准治疗、机器人/医疗器械、系统协同、手术导航及人工智能等诸多与应用实践相结合的技术（如图1所示）。

　　超越传统医疗方式

　　在传统的微创手术中，影像仅是诊断的手段之一，临床诊疗更多依赖于医生的经验来判断病灶进行手术治疗。因此，在以影像学为基础的诊疗中，可能会由于术前对病变性质和病变范围的评估不足导致治疗策略的失误。同时，由于现实医疗中诊断和治疗通常是分离且相对独立的，这给医生及病人带来时间、空间的不协调及医疗资源的浪费。

　　近年来，随着医用内窥镜技术及手术机器人技术的不断发展与提高，智能型机器人、器械辅助的诊疗如雨后春笋般开始萌发。目前，以手术机器人为基本载体，两个领域的研究正在兴起：远程机器人和微创手术机器人。远程机器人可以使医生实现远距离手术，微创手术机器人可以超越人类的局限性，使手术更容易实施。如微创手术、经自然腔道的内镜手术、单孔入径手术和介入放射学等。为了提高手术精度和操作灵巧性，现代机器人技术从上个世纪80年代开始被引入手术室，辅助手术治疗。

　　在机器人辅助的手术中，机械精度与人工控制协作，可以克服传统微创手术中的诸多问题。比如，通过使用主从设置可消除支点效应。目前较为著名的商用主从手术机器人系统是da Vinci手术机器人系统。同时，通过去除震颤和控制运动缩放功能，可以完成器械尖端精确地运动控制。高清立体显示器和增强显示技术可进一步增强外科医生的控制能力。

　　当前医疗机器人的研究正朝着更加灵活的机电一体化器械、智能诊疗一体化演变。而用机器人辅助执行部分手术流程，而不是完全取代医生是重要的发展趋势。在机器人引导的智能化临床手术中，越来越多的生物、病理信息将会被整合来辨识病变部位位置、大小等，可以通过主从系统和机械性协同方式对机器人进行实时控制。同时还有不少研究将力反馈技术应用于机器人操作过程中，避免其在治疗中的误伤操作。但手持机器人具有更多优点，不仅规模和成本低，而且它们可无缝整合到手术流程中。

　　随着微创诊疗方法的发展，机器人辅助的诊断和治疗技术整合逐渐吸引了全球各研究团队的关注。通过术中医疗信息共享和机器人辅助介入来简化和实施临床实验。许多代表性的集成技术已被应用于医疗机器人的设计和制造过程中。

　　有效提升临床诊疗效果

　　近年来，机器人辅助智能化的微创诊疗对应的诊断、治疗技术和医疗设备也已经被开发用于临床实践中，如神经、心血管手术、腹部手术。总体来说，随着医疗机器人辅助微创诊疗技术的加快发展和向临床转化，基于医疗机器人的诊疗一体化能够为多种难症，包括癌症和与生活方式有关的疾病带来新的治疗途径。

　　机器人在提供更小创伤、更加精确的外科手术的同时，又不断影响和改变着临床的诊疗方式。机器人辅助精准微创诊疗的高效整合将提升诊断精度、治疗效果以及更大程度地促进新型诊疗方式的发展，具体体现在以下三个方面：

　　1.智能医学影像/信息的精准诊断智能医学影像和信息诊断系统为精准诊断提供了条件，实现了影像分析的自动化、定量化。高精度、多模态影像融合以及病变组织的自动分割识别提高了诊断的效率；体内移动的胶囊机器人和微米机器人通过外部磁场或自身的动力在人体腔道内（消化道、血管等）运动，提供了无创的诊断方式；光谱成像和携带特异性探针的纳米机器人可以跟病变组织靶向性结合，可以达到分子诊断水平。

　　2.可量化、可控、可视化的有效治疗随着手术机器人以及介入等治疗手段的发展，机器人辅助治疗具有可量化、可控和可视化等优势，以自动化技术或定位装置等可以实现人体生理运动补偿、消除外科医生的震颤动作，使手术操作达到亚毫米精度；使用多自由度灵活可控的蛇形机器人、单孔手术机器人、主动导管、小型模块化机器人等可以在微创或无创手术中产生极佳的远端灵活性和可操作性，通过复杂的体内组织结构，治疗复杂部位的病变；基于医学影像、增强现实技术和手术导航的机器人系统实现对手术过程的精确引导和直观观察，具有高精度、小创伤等优点。

　　3.机器人辅助精准诊疗系统诊疗整合系统是对诊断技术和治疗手段的融合，两者协同工作实现智能高效的治疗，体现了诊疗一体化的概念。系统能够充分利用医学影像的信息为手术提供精确的引导，解决术前诊断和术中治疗脱节等问题。基于机器人辅助的诊疗一体化系统是智能诊疗的必然趋势。

　　为了实现机器人辅助的智能化诊断精准性，新型智能诊断设备及手段是开发和研究的重点和热点。为克服在通常的外科手术中治疗器具操作的局限以及在外科领域应用过程中产生的治疗瓶颈效应，突破人类双手的界限，科学家研发了各种适用于理想治疗的手术治疗器械。

　　更安全、更智能的外科机器人

　　针对不同疾病，我们开发了不同类型的超越外科医生灵巧双手的智能器械，其中前十字韧带重建治疗机器人、前列腺微创手术机器人、多自由度弯曲钳等对患部进行治疗操作的医疗器械和机器人不仅能实现微创外科治疗，更创造了全新的治疗环境及新型诊疗手段。具体主要包含以下三个方面的工作：

　　1.新型无创/微创环境下的智能诊疗一体化在新型智能微创诊疗一体化概念的指导下，实验室开创了该领域由概念到实验室研究，再到临床实际应用转换的前驱工作。利用荧光标记同时引导激光手术切除神经胶质瘤的研究已经应用于临床实验。系统采用自动扫描装置获取荧光强度分布，并区分脑肿瘤与正常脑组织，并在自动荧光扫描机器的探头上安装可以进行激光消融治疗的激光束，在实时诊断的同时对肿瘤区域消融治疗（图2）。该系统实现了真正意义上的诊断和治疗一体化并且达到智能化诊疗的国际领先水平，为临床转化奠定了扎实基础。

　　2.用于胎儿外科治疗的新型手术支援柔软型机器人传统的手术机器人大多以固定或变形较小的器官为操作对象，很少涉及组织大变形甚至是浮动的手术对象。胎儿外科中，以胎儿为对象实施手术，其难点在于胎儿在子宫内是自由浮动的，因此会对手术治疗产生严重干扰及影响；同时子宫内的胎儿不宜使用硬质的器械对其固定。为克服这一难题，我们针对胎儿外科（婴儿生出前，在母体的子宫内把胎儿的疾病提前治好），进行手术支援柔软型机器人的研发。该机器人以子宫内浮动的胎儿为对象并结合三维超声图像导航技术，使胎儿在微创环境下的治疗成为可能。该机器人的结构及示意图如图3所示。

　　3.基于内窥镜平台智能型微创诊疗方法和手术机器人目前的研究热点是如何实现精准的术中实时诊断和治疗。对诊断和治疗的精准分析在手术中及术后将会减少对病人的创伤并有利于术后恢复。我们针对内窥镜手术开发了一系列高精度诊断和微创治疗用的仪器和系统，如内窥镜操作下的血管吻合器、微型冲击波治疗器、藏于内窥镜里的激光消融治疗系统等等。这些对患部进行治疗操作的医疗器械和机器人，除具备能够按照外科医生的思路进行切开、切除、剥离、清除、结扎、缝合、吻合等功能，除了实现微创外科治疗外，也创造了全新的治疗环境。

　　这不但使以往不可能或难以治疗的疾病得以医治，而且创建了比以往手术更安全更精确的治疗方法，并为术后康复疗效提供良好恢复环境与条件。

　　挑战仍存

　　机器人辅助临床微创诊疗具有广阔的应用及产业化前景，但是目前多数原型机还处在技术研发阶段，真正做到机器人辅助智能型诊疗一体化的临床普及还面临诸多挑战。

　　首先，要解决成本问题。具有更小体积、便携式、低成本的机器人辅助诊疗系统将对普惠临床诊疗有重要意义；其次，机器人系统要实现更好的人机交互功能，让医生能快速掌握其使用技巧，降低医生培训的学习曲线；另外，机器人辅助智能化临床诊疗作为一个复杂的系统，其安全性至关重要，提高安全性和增加临床的附加值，使其具有更小的侵入性、更高的生物安全性、降低其对手术室和手术环境的特殊要求、完善医疗机器人的伦理等。

　　我们认为，计算机辅助诊疗、机器人辅助诊疗技术逐步展开将成为疾病临床治疗不可或缺的手段，尤其是智能化机器人辅助的诊疗对手术实施影响重大。

　　研发智能化机器人辅助诊疗装备在解决医生不能直接操作的问题，以及达到微创精准诊疗目的方面举足轻重。在未来的产业化进程中，机器人辅助的诊疗技术对医疗装备创新的发展带动作用势头强劲，形成新型产业指日可待。

　　作者单位：清华大学