編者按：

2022世界機器人大會主論壇群星璀璨，產(chǎn)、學(xué)、研各領(lǐng)域大咖齊聚首，共話巔峰，為機器人未來發(fā)展領(lǐng)航。

峰會現(xiàn)場，孟慶虎發(fā)表了題為《醫(yī)療手術(shù)機器人的創(chuàng)新引領(lǐng)之路》的演講。以下為孟慶虎演講內(nèi)容的整理。

謝謝喬院士的介紹！大家下午好！

非常感謝組委會給我這個機會，讓我們分享一下醫(yī)療手術(shù)機器人方面的工作，首先介紹一下醫(yī)療機器人是怎么開始的。

世界上最早手術(shù)刀是3400年前在中國發(fā)現(xiàn)的砭鐮，這是針對中醫(yī)習(xí)慣可以扎、可以切、可以刮，所以手術(shù)在中國擁有非常悠久的歷史。第一次把機器人用于醫(yī)療是穿刺機器人，1985年用PUMA 560，做了探針插入大腦進行神經(jīng)采樣任務(wù)，第一次用于手術(shù)是1988年也是PUMA 560，因為這是國際上第一個量產(chǎn)通用工業(yè)機械臂，做的手術(shù)是前列腺切除，前列腺切除完全是機器人自主，醫(yī)生坐在邊上拿著開關(guān)，出問題直接關(guān)掉，醫(yī)生不介入整個手術(shù)，醫(yī)生介入手術(shù)是到后來的事。骨科手術(shù)機器人是源于1992年，盡管前面有各種各樣的嘗試，但是大家都認為Rus Taylor是手術(shù)機器人之父，但我把他叫做手術(shù)機器人之爺，因為后面還有一個手術(shù)機器人之父。他做的機器人也是醫(yī)生不參與的，把腿和機器人固定在一塊，機器人像一個車床進行精準(zhǔn)切、削、磨等操作，這個機器人已經(jīng)發(fā)展了很多年，到現(xiàn)在變成了T solution，T solution1我們目前叫主動型機器人，所以歷史并不是特別長。

我自己怎么進入離醫(yī)療手術(shù)機器人這個行當(dāng)呢？從非常早碩士研究開始，1985—1988年我碩士論文選擇題目是《機器人視覺及基于視覺機器人控制系統(tǒng)》，當(dāng)時北理工我導(dǎo)師非常支持這個項目，還給我們買了一臺攝像頭，在1985年的時候做機器視覺和視覺伺服是相當(dāng)先進的領(lǐng)域，現(xiàn)在回過頭看非常感謝導(dǎo)師給我這樣的支持。我們可以看到上面有一個攝像頭，底下有一個機械臂，跟現(xiàn)在做手術(shù)機器人非常相像，攝像頭像數(shù)字導(dǎo)航儀，機械手是手術(shù)機器人，我們當(dāng)時用286，現(xiàn)在用更先進的計算機和人工智能算法，原理基本是一樣的。

我博士論文做的是Model Beased Adiaptive Position and F末orce、Control Of Robot Manipulators，奠定了力和位置同時控制的基礎(chǔ)，同時對動力學(xué)有不確定性，可以可以進行自適應(yīng)的補場。尤其我們做骨科手術(shù)機器人，這個機器人需要進行切骨、磨骨、鉆骨，這個過程中光有位置控制是不夠的，所以一定是力為主混合控制，這是1988—1992年修煉的功夫，所以準(zhǔn)備非常長。我后來在加拿大阿爾波特教授做了10年教授，2001年回到香港中文大學(xué)，第一次遇到了香港中文大學(xué)威爾斯親王醫(yī)院骨科的梁醫(yī)生，他當(dāng)時說他做了骨科機器人讓我看，我看了以后不是骨科機器人，是非常被動定位裝置，后來聯(lián)手一塊做骨科機器人，這樣一發(fā)不可收拾。我們公司落地深圳2018年底，所以2020年加盟南科大電子系，是這樣一個過程。到了香港中文大學(xué)以后，當(dāng)時梁醫(yī)生意思是我們做機器人要做10萬塊錢人民幣手術(shù)輔助機器人，當(dāng)時是做脊柱創(chuàng)傷機器人，他說只有這樣才能在縣級人民醫(yī)院用得上，這種機器人主要是輔助醫(yī)術(shù)不太高，基層醫(yī)生不太好的情況下，來幫助他們做，造價必須要低。當(dāng)時NDI導(dǎo)航儀是50萬港幣，我們從導(dǎo)航儀開始研究，我們把導(dǎo)航儀領(lǐng)域每一塊石頭翻了一遍，我們自己研究出好多不同方法，我們現(xiàn)在自己用導(dǎo)航儀從指標(biāo)、性能各方面來說是全球最先進一款。同時做了對標(biāo)NDI指標(biāo)，那款可以做的非常廉價。做完導(dǎo)航儀以后做力控制，力控制在手術(shù)和機器人直接介入手術(shù)的手術(shù)機器人非常重要，如果你進到不同組織層面，如果機械臂不能感知的話，有可能造成不同程度傷害，所以把每一個核心關(guān)鍵環(huán)境都做了非常扎實地基礎(chǔ)研究，然后才開始做樣機，我們一共做了四代樣機。2018年在深圳落地的時候，實際上我們是第四代機器過去的，這時候知識儲備可以做到骨科所有手術(shù)，脊柱創(chuàng)傷、錐板切除、關(guān)節(jié)置換都可以做了。2018年到了深圳以后，發(fā)現(xiàn)當(dāng)時國內(nèi)關(guān)節(jié)置換還是空白，沒有一張證，不管國內(nèi)還是國外沒有一張證，既然是這樣的話，我們技術(shù)儲備都有了，我們從關(guān)節(jié)置換開始，尤其是全膝關(guān)節(jié)置換要切6個面，是骨科手術(shù)里最復(fù)雜的，所以我們把機器又升級一代到了第五代，開始做膝關(guān)節(jié)。我們落地公司叫做云化智能科技深圳有限公司，這是一個平臺公司，下面有兩個項目公司，一個是骨圣元化機器人，做全骨科輔助機器人的，同一個機器換上不同末端工具和軟件，就可以覆蓋骨科所有手術(shù)，關(guān)節(jié)置換、錐板切除、脊柱創(chuàng)傷等等。妙微視是做主動型膠囊內(nèi)窺鏡，后面我會跟大家介紹。我們有一個小小目標(biāo)是想變成全球最優(yōu)秀?？漆t(yī)療手術(shù)機器人公司。

下面介紹一下骨圣元化全骨科手術(shù)輔助機器人系統(tǒng)，我們到底做到了什么，是怎么做多的。第一是全骨科手術(shù)要覆蓋關(guān)節(jié)置換、創(chuàng)傷和脊柱，目前全膝關(guān)節(jié)置換拿到三類證，髖關(guān)節(jié)完成臨床實驗，單髁也即將開始臨床實驗，我們整個環(huán)節(jié)是從人工智能術(shù)前規(guī)劃到專家系統(tǒng)術(shù)中導(dǎo)航儀控制，以及人工智能輔助術(shù)后康復(fù)，一條龍來完成骨科手術(shù)。我們先看一下關(guān)節(jié)機器人的情況，這個需求是一個剛需，原因是國家目前60歲以上人口超過20%，到2023年人口到了60以上，超過三分之一中國人口將超過60歲，骨科尤其是關(guān)節(jié)毛病會越來越嚴重，所以要求是一種剛需。

目前技術(shù)手工做要有導(dǎo)板，導(dǎo)板裝上去對人骨骼造成二次傷害，關(guān)鍵是結(jié)果不是很理想，翻修非常多，唯一解決方案是用智能化骨科機器人進行手術(shù)，一是可以減少二次創(chuàng)傷，二是精度和有效性保證了康復(fù)快速發(fā)展。如果看國內(nèi)外主要關(guān)鍵置換手術(shù)機器人現(xiàn)狀，拿7臺機器來說，國外目前有3款，國內(nèi)有4款，關(guān)節(jié)拿到證有5張，國內(nèi)有4張證，國外一張證。他們針對癥狀是膝關(guān)節(jié)置換和髖關(guān)節(jié)置換，唯一MOKO是膝和髖兩個證都拿到了。

剛才我們說了T—Solution本身是一種主動型，我們可以把這個去掉，不做膝，我們拿膝關(guān)節(jié)做例子比較一下介紹。膝關(guān)節(jié)置換有幾種方式，剛才講T solution Robotic實際上用主動性的方式，把關(guān)節(jié)、腿和機器人剛性固定，機器人自主做手術(shù)，這種現(xiàn)在不是主流方式，主流方式是醫(yī)生和機器人協(xié)作。手工接骨板，還有一種膝關(guān)節(jié)機器人，用機器人把接骨板放到指定位置，機器人本身不參與接骨，我們叫做接骨板技術(shù)，主動性和接骨板技術(shù)去掉的話，真正意義上全膝關(guān)節(jié)置換目前市場上就有三個有證，一個國外、一個國內(nèi)的。我們比較一下看有什么不同，如果把關(guān)節(jié)置換拿過來，協(xié)作式就是把主動型去掉，大概有6款，如果無需接骨導(dǎo)板就是3家，這3家有什么區(qū)別呢？其中一家需要固定鋼釘，把膝關(guān)節(jié)打一個鋼釘固定腿才能做手術(shù)，每接一刀要重新定位一次再回來，比較啰嗦，如果去掉這個只有我們和美國產(chǎn)品。美國產(chǎn)品和我們最大區(qū)別是機器人用20年前的技術(shù)，是Y＆B，接6個面要換另外一套道具才能完成任務(wù)，而不是一套道具，如果只限制一套道具的話，最后只剩下國產(chǎn)骨圣元化機器。從這個角度可以看到，我們只要認真做基礎(chǔ)工作，做的扎扎實實，我們完全可以在技術(shù)上、在用戶體驗上、在手術(shù)過程中完全實現(xiàn)引領(lǐng)。

這是工業(yè)設(shè)計，大家可以看一下。手術(shù)室里空間是非常寶貴的，手術(shù)機器人不光功能上先進，而且體積占有和工業(yè)設(shè)計方面，第一你占的空間小，第二醫(yī)生用起來會得心應(yīng)手，不會覺得空間非常擁塞。這是我們工作原理的演示，首先要對病人做術(shù)前CT，做術(shù)前CT原因是把病人關(guān)節(jié)三維模型拿到，拿到以后根據(jù)病人三維模型再去匹配假體，假體根據(jù)專家系統(tǒng)以前積累所有病例給出推薦，推薦好假體以后用三維動畫形式給醫(yī)生顯示術(shù)后的效果，如果配上這樣假體術(shù)后是什么效果，這時候醫(yī)生對間隙、平衡、力矩調(diào)整，確定手術(shù)之后開始切開做手術(shù)，我們固定兩套時鐘器，這是唯一對病人骨骼的創(chuàng)傷，除此之外沒有了，剩下是做匹配，就是注冊。把術(shù)前影像和術(shù)中病人身體匹配，這時候術(shù)中可以再一次看到用真實腿來看一看手術(shù)方案平衡力線有沒有問題，如果又沒有問題再次確認，如果有問題我們做微調(diào)，微調(diào)完再進行確認，確認后接骨，我們一次性6個面一氣呵成，中間不需要定位也不需要固定腿，因為導(dǎo)航儀完全自主研發(fā)，導(dǎo)航儀刷新率是335赫茲，可以跟蹤非常微小變化和抖動，可以進行實時模仿，6個面一次性全部切完，一氣呵成，中間不用換道具或者進行復(fù)位的要求，最后會把頰骨裝上去。我們做有兩種方式，其中一種是間隙法，要保證平衡，另外是保證力線，原理是這樣的。

我們2018年12月從第四代機器開始做了第五代產(chǎn)品樣機，送檢、尸體實驗、動物實驗、行檢、報告臨床入組、臨床結(jié)束，在疫情的時候用了半年時間入組180例，同時我們也獲批進入醫(yī)療器械創(chuàng)新綠色通道，最后在今年4月份拿到了三類許可證。

我們做臨床跟國內(nèi)其他公司做不一樣在于我們做的是優(yōu)效性臨床實驗，因為一般大家做臨床實驗有3個選擇，一是優(yōu)效性，一定比參照組好很多；第二是等效性；第三是非濾性，術(shù)后力線恢復(fù)，機器人組可以到85.4%，手工組是65.6%，這都是國內(nèi)頂尖醫(yī)院主任做的，能超出人工平均20%，所以優(yōu)效性非常明顯，這也是國內(nèi)唯一一個做優(yōu)效性臨床實驗的。這是臨床實驗在華西醫(yī)院周主任在做，大家可以看到非常輕松，跟玩游戲一樣，他手里是在鋸骨頭，大家看著像在玩游戲一樣，因為機器人已經(jīng)使得工作非常地容易。右邊是我們的康復(fù)器械，有的人因為肌肉萎縮，動完手術(shù)之后還是不能動，康復(fù)一條龍可以幫助病人恢復(fù)，而且隨著力恢復(fù)助力也會越來越少，如果不需要助力我們還可以檢測康復(fù)過程、彎的角度、行走步數(shù)等等。新橋院士張醫(yī)生做了一個主播，從切皮到縫隙用了63分鐘，用我們機器只用了不到20次情況下，能到熟練程度，說明機器非常容易上手，而且做出來的時間和效果都是跟人工做差不多，或者比普通快一些。

這就是我們創(chuàng)新醫(yī)療器械，這是三類證，我們在這個月進入了工信部和藥監(jiān)局人工智能醫(yī)療器械創(chuàng)新揭榜，我們是在第二個方向“智能輔助治療產(chǎn)品”，在十個全國揭榜入圍單位排第四是智能全骨科手術(shù)輔助機器人系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用。我通過這個例子跟大家說，做足扎扎實實研究，從醫(yī)生角度、病人角度把這件事做好，我們是完全有機會引領(lǐng)這個技術(shù)，不光是膝關(guān)節(jié)，髖關(guān)節(jié)做完臨床實驗，期待今年年底和明年年初拿到許可證。其他適應(yīng)癥陸續(xù)開始，后面會做單髁、脊柱創(chuàng)傷、錐板切除等等這些已經(jīng)完成所有技術(shù)儲備，每半年一個臨床，這是我們做康復(fù)傳感器，病人做完手術(shù)以后，醫(yī)生給他的處方康復(fù)一定要彎夠足夠角度和走夠一定步數(shù)，很多病人不配合，有了傳感器醫(yī)生和家庭成員可以監(jiān)測彎的步數(shù)和走的步伐夠不夠，可以快速幫助病人康復(fù)，我們一條龍。除了導(dǎo)航儀是自研的以外，我們自己為骨科手術(shù)機器人研制一款專用手術(shù)機械臂，我們現(xiàn)在用的庫卡是工業(yè)通用機械臂，要做一些事7個關(guān)節(jié)同時控有挑戰(zhàn)性，不是最優(yōu)化的設(shè)計。我們自己有一款自研機械臂，專門為骨科手術(shù)而研制，在今年年底會換上，這樣全部系統(tǒng)都是自己自主研發(fā)的。

第二個產(chǎn)品是無線膠囊內(nèi)窺鏡機器人，以色列2000年出了iMaging，可以看到消化道小腸里圖像，以前都是間接成像，有了這個技術(shù)是非常好，但是被動裝置，通過腸蠕動從口腔到肛門走一遍，你沒法控制，而且每一個檢查都會5萬多張圖片，這些圖片醫(yī)生看一遍需要兩小時作為視頻看。從產(chǎn)品一出來在跟蹤，做兩件事，一是基于圖像做自動診斷，另外是讓膠囊變成機器人，可以在外邊控制起來，這個目前做的非常好，一開始是這個領(lǐng)域領(lǐng)先團隊，最后比較參數(shù)全部跟自己團隊比較，上面都是我以前的博士生。我們2020年在IHV會刊，那期是醫(yī)學(xué)圖像處理?？形恼率茄埖?，我們是被邀請7個團隊之一負責(zé)膠囊內(nèi)窺鏡處理和顯示。右邊是和醫(yī)生標(biāo)注自動診斷100%吻合情況，我們膠囊有兩款，一款是主動型體外可以控制，另外一款是被動型，我們被動型跟他們市場被動型唯一不同，我們是雙向通信，我們在中間可以調(diào)參數(shù)，現(xiàn)在市場上所有膠囊不能調(diào)參數(shù)，只是單向通信，所以這是嚴重的不足，這是我們的控制系統(tǒng)。

最后講一下，我們成為?？剖中g(shù)機器人不能只是骨科，最典型是腔鏡手術(shù)，腔鏡手術(shù)我們走的路是后達芬奇無疤痕腔鏡手術(shù)。為什么會是這個樣子？大家都知道手術(shù)傳統(tǒng)切開做手術(shù)，微創(chuàng)以達芬奇為代表三個眼，我們叫后達芬奇無疤痕手術(shù)，經(jīng)過自然腔道做手術(shù)。我們知道微創(chuàng)手術(shù)金標(biāo)準(zhǔn)是達芬奇，我們在展覽廳可以看到達芬奇邊上有大概4家、5家，都是模仿達芬奇的，我們總是覺得一個東西好是金標(biāo)準(zhǔn)不錯，但為什么不去追究一下到底好在什么地方，去問一下醫(yī)生不好在什么地方，再做為什么要簡單模仿，而不是把問題找出來超越它。

達芬奇實際上不是一家創(chuàng)新公司，達芬奇是一家非常善于經(jīng)營的公司，達芬奇創(chuàng)新公司來自宙斯公司。達芬奇之前收購了宙斯公司，宙斯公司1998年可以做跳動中心臟搭橋手術(shù)，現(xiàn)在大數(shù)據(jù)很少看到這樣手術(shù)。2000年宙斯機器人可以做28種末端手術(shù)器械完成各種各樣的腔鏡手術(shù)，它的創(chuàng)始人是我的朋友，當(dāng)時把這個公司賣給了達芬奇。創(chuàng)新技術(shù)是來自于宙斯，達芬奇把這個市場給做起來了，因為當(dāng)時的確沒有別的競爭者，我們要想模仿也好、要想超越也好，為什么不研究宙斯和達芬奇之間的關(guān)系，為什么宙斯要賣給達芬奇，這里原因是什么，現(xiàn)在醫(yī)生用達芬奇體驗是什么，我覺著我們國家很有意思，展覽會上邊上模仿的公司，連結(jié)構(gòu)都一樣，達芬奇四個臂豎在那兒，每家都是四個臂豎在那兒，大家都這么看，我們會有后達芬奇無疤痕自然腔道手術(shù)，今天不說了，盡情期待一下。

核酸采樣機器人今天也帶來了展品，這是深圳市科創(chuàng)委給抗疫專項機器人。5月1日開始做的題目，用了不到4個月迭代五代工程機一代樣機，樣機就在展廳大家可以看。首先是人類識別身份認證，然后是全消殺所有東西是深圳市傳染醫(yī)院幫我們做的合規(guī)，我有效性經(jīng)過臨床實驗比對，比人工要好得多，整個采樣過程大概15—20秒，人機交互時間比較長一點，不需要任何人為的東西，這是當(dāng)時做的研究，人臉識別找到口腔、找到擦拭的點，這是視覺和力同步的控制。

最后跟大家分享一下，我今天想轉(zhuǎn)達的意思，手術(shù)機器人目前只完成從0—1，智能道路仍然非常漫長，大家不要認為手術(shù)機器人已經(jīng)很好了。核心部件國產(chǎn)化、增強現(xiàn)實導(dǎo)航、專用機械臂的需求，大家都是在買別人零件篡起來機器做手術(shù)，這些對手術(shù)不是優(yōu)化。普外科模式的老路我們真的要走嗎？適用一臺機器做各個科室的手術(shù)又不是優(yōu)化的，所以我們認為手術(shù)機器人勢必是?？苹⑿⌒突?。智慧醫(yī)療痛點在于技術(shù)積累不足，持續(xù)發(fā)展比較難，簡單抄襲、簡單模仿很容易，你完成這一步再往下走怎么走。我們從香港到深圳，在深圳到香港，我們發(fā)現(xiàn)有非常強的互補，國內(nèi)創(chuàng)新利用香港制造再進行國際市場，所以我們覺得大家可以利用大灣區(qū)的優(yōu)勢。

原始創(chuàng)新是源泉，從樣機到產(chǎn)品是一個巨大的鴻溝，這里要有質(zhì)量體系、有非常重要生產(chǎn)環(huán)節(jié)，怎么樣降低成本控制質(zhì)量可靠性，從產(chǎn)品到商品又是一個鴻溝，這里有商業(yè)模式、國家政策、國際國外大環(huán)境等等，科研人員創(chuàng)業(yè)經(jīng)常把樣機作為商品，跨過中間所有東西，但這些東西是不能跨越的，核心技術(shù)是原始創(chuàng)新，才能讓你不斷有新東西推出來，最后通過超車實現(xiàn)引領(lǐng)。

這就是今天我要跟大家分享的，謝謝大家！

—— 孟慶虎