• 成果两次登上《Nature》,这家川企正在全球医学机器人领域崛起

    用8年时间攻克“3厘米”的差距


  • 成都博恩思医学机器人有限公司研发的医学机器人系列模型。 四川日报全媒体记者 吴枫 摄

        

    □四川日报全媒体记者 唐泽文

    成长记
      “有订单了,来自印度!”11月8日,位于成都天府软件园的成都博恩思医学机器人有限公司办公室里,公司创始人李耀终于松了口气。
      这一天,他等了8年。博恩思“隐形度”很高,但暗藏实力。这是一家正在国际医学机器人领域崛起的中国企业——其创新成果已两次登上国际顶级学术期刊《Nature》。
      上月底,复旦大学附属眼耳鼻喉科医院,博恩思研发的手术机器人完成了全球首例喉部早癌专科化经口机器人手术。在博恩思与医生团队的密切配合下,来自安徽的53岁患者在机器人辅助下接受微创手术,喉部声带区域肿瘤被精准切除,出血量不到1毫升,还保留了发声和语言的能力。
      机器人器械延伸到喉部,不是一件容易的事儿。全球顶尖医学机器人公司直觉外科的达芬奇机器人能抵达的最深处为下咽部,而博恩思机器人能抵达的喉部声带附近,需再往深处近3厘米。
      “8年时间,就是为了攻克这3厘米的差距,同时保持1毫米的精度。”李耀在美国斯坦福大学人工智能机器人的博士后研究经历,最匹配赛道正是医学机器人。
      这家成都本土企业在这次手术中,填补了全球头颈外科微创手术领域的空白,让患者拥有了更完备的治疗方案。

    更安全的手术机器人
    术中操作精度达到新高度,比传统手术方式更能避免伤害正常组织
      什么是手术机器人?哪些时候需要用到手术机器人?
      “手术机器人的核心在于实现人手无法实现的手术操作。”公司展示厅内,李耀向记者展示了这台机器人。机器人分为两大部分:一部分为医生操作端,医生双手控制机械手柄,通过显示器观测内视镜画面进行手术操作;另一部分为手术器械执行端,直径1.5毫米到2.2毫米的手术器械跟随医生操作,同步执行手术动作。
      传统手术中,需打开创面抵达病灶部位进行手术,俗称“开放手术”,而手术机器人凭借机械臂的特殊构造,可以微创甚至零创抵达病灶部位。
      不仅创口更小,更重要的是安全。以切除声带肿瘤为例,传统手术方式很难保住患者的发声和语言能力,通过经口微创手术机器人则能达到这一目的。
      要将研发成果真正应用于临床手术的机器人并非易事,尤其是头颈部手术,任何细微的操作失误,都可能导致不可挽回的后果。比如,如何让机械臂与主刀医生手部动作保持同步?如何让机器判断医生手部细微运动,是轻微震颤,还是手术的真实细微动作?
      “机器人让术中操作精度达到新高度。这背后需要精密的机械控制和人工智能算法的紧密融合,让医生在复杂的手术过程中将每个操作都做到精准到位。”李耀说。
      为完成这个课题,团队将无数台手术的影像资料作为训练数据,对手术大模型进行训练。“每台手术数据量约为40GB,相当于一部三个半小时的4K高清电影,而每台手术我们能提取的有效数据则是KB级别,这是一个大海捞针的过程。”李耀说。
      这些信息中,有患者的详细状况、医生的具体操作,通过对这些数据进行深度分析后,大模型能分析理解医生的操作,辅助医生进行更合理的决策——训练后的大模型,能实时调整手术下刀姿态、力度等,精确操作可充分避免伤害正常组织。“这就像驾驶车辆从‘手动挡’变成了‘自动挡’,对医生来说更安全了。”李耀介绍。
      不仅更轻松,在手术机器人的帮助下,年轻医生也能拥有“老师傅”般的稳度和准度,这对提升整体手术水平大有裨益。

    更便宜的手术机器人
    对比达芬奇最新手术机器人,以三分之一的价格实现同等性能的全国产替代
      头颈外科手术部位越深,对机器人手术要求就越高。下咽部再深入不到3厘米的喉部,在此之前是手术机器人无法企及的地方。
      人体构造异常复杂精密,到达喉咽深处的声带,机器人需要采用柔性材料的器械,要保证其操作的“稳度”也变得更难。
      “人手是柔性的,但精度远不如机械结构。”李耀说。没有“柔性精度”,就无法实现机器人在喉咽部位的操作。2016年,李耀从斯坦福大学回到成都创立博恩思,正是为了突破这个“卡脖子”技术。
      从概念到产品落地,8年间团队经历了无数挑战,最大的问题是没有合适的解剖模型。团队通过3D模拟环境进行训练,通过上千次更迭,逐步趋近真实人体组织的结构。
      当设备在大体上进行试验手术时,李耀明白,他只有一次机会。
      最终,试验成功了——50毫秒左右的延迟,清晰可见的实时图像,智能过滤震颤实施操作的机械臂,可精准抵达喉咽部位,产品设计中同样考虑了医生操作的人体工学,中国的原研创新引起了全球医学界的注意。
      目前,博恩思在机器人智能算法、控制软件、人机交互、力反馈、机器人手术器械等核心技术研发中,已布局多项核心技术。博恩思共有来自全球各地的授权专利306项,构建起完整的核心知识产权布局。公司已在德国、印度、美国、日本等国家建立了海外分支。
      “我们的目标是全球市场。”李耀介绍,博恩思产品的研发、设计、制造都在成都完成,希望从成都出发,见证中国在全球医学机器人领域的崛起。得益于四川制造业基础的支持,对比达芬奇最新手术机器人,博恩思以三分之一的价格实现了同等性能的全国产替代。
      手术的复杂性,不断要求机器人更加“智慧”。“这是一条漫长崎岖的道路,我们将坚持以创新为突破口,服务全球患者,开拓全球市场。”李耀说。
      博恩思的名字是“临床手术自然手术系统”,英文缩写BORNS,这也预示着全球医学机器人领域将迎来一场“新生”。

分享到微信朋友圈