Liu Hao | Lass es keine schwierigen Operationen mehr auf der Welt geben

„Roboter haben das Gehirn der Menschen weitgehend befreit, sie von technischen Operationen und der Krankheitserkennung befreit und ihnen ermöglicht, sich stärker auf die Behandlung von Krankheiten zu konzentrieren.“

Liu Hao

Shenyang Institute of Automation, Chinesische Akademie der Wissenschaften

In den vergangenen 15 Jahren habe ich ein Ziel verfolgt: die Durchführung chirurgischer Eingriffe weltweit zu erleichtern.

Logischerweise sollte sich ein Arzt darum kümmern. Tatsächlich ist meine Tätigkeit eng mit der ärztlichen Tätigkeit verbunden. Ich hatte schon als Kind großen Respekt vor dem Arztberuf. Ich wurde mit schwerer Anämie geboren. Man kann sagen, dass mir meine Mutter das Leben geschenkt hat, aber der Arzt es gerettet hat. Ich glaube, dass viele Menschen ähnliche Erfahrungen gemacht haben.

Um 1997, als ich auf der High School war, gab es eine sehr beliebte Fernsehserie namens „Red Cross Parade“, die über die Erfahrungen von Militärärzten berichtete. Es berührte mich tief und ich wollte mich damals an der Vierten Militärmedizinischen Universität bewerben.

Schade ist, dass ich die körperliche Untersuchung verpasst habe und kein Arzt geworden bin. Ich glaube, dies könnte eine Wende in meinem Lebensverlauf gewesen sein.

Doch als ich im dritten Jahr am Harbin Institute of Technology war, machte mich mein Mentor, Professor Wang Shuguo, zufällig mit Operationsrobotern bekannt. Von diesem Zeitpunkt an hatte ich mehr Kontakt mit dem Arztberuf, insbesondere mit einigen Chirurgen, die Operationen durchführen.

Wie stellen sich die Menschen eine Operation vor? Möglicherweise ist ein gewisses Grundverständnis vorhanden. Aus der Perspektive des Patienten betrachtet, können wir leicht verstehen, dass eine Operation sehr schmerzhaft sein kann, aber es ist für uns tatsächlich schwierig zu verstehen, welche Art von Psychologie der Arzt im Herzen hat.

Nach mehr Kontakt mit Ärzten stellten wir fest, dass dieser Beruf tatsächlich einen enormen psychischen Druck von uns verlangt.

Bei Operationen muss der Arzt höchste Konzentration zeigen und sehr nervös sein.

Selbst am Ende der Operation war er am Boden zerstört.

Da diese Operation (Pankreatikoduodenektomie) sehr schwierig durchzuführen ist, insbesondere bei einigen chirurgischen Eingriffen, kann ein kleiner Fehler zu Gefäßblutungen führen, und dann können starke Blutungen jederzeit das Leben des Patienten gefährden.

In einem solchen Kontext tragen Ärzte Verantwortung für das Leben und die Gesundheit der Menschen.

Pankreatikoduodenektomie

Dies ist eine sehr berühmte Operation, die als Höhepunkt der Allgemeinchirurgie gelten kann.

Wie im Video zu sehen ist, müssen die Blutgefäße Schicht für Schicht durchtrennt werden, einige Gewebe müssen abgeschnitten werden und anschließend müssen die durchtrennten Blutgefäße wieder anastomosiert werden. Bei dieser Operation werden vier Organe eingesetzt, über 30 Instrumente kommen abwechselnd zum Einsatz und die Operationsdauer beträgt 8-10 Stunden.

Ich war wirklich schockiert, als ich hörte, wie der Arzt mir diese Operation vorstellte. Eigentlich hatte ich einen anderen Gedanken im Kopf. Vielleicht war es Glück, dass ich nicht Arzt geworden bin, denn so ein Eingriff ist tatsächlich sehr kompliziert und übersteigt meine Vorstellungskraft.

Als ich später immer mehr mit derart komplexen Operationen in Berührung kam, begann ich mich zu fragen, ob Operationsroboter diese Probleme lösen könnten. Glücklicherweise hat sich die Technologie der Operationsroboter weit entwickelt und viele Operationsroboter können in der klinischen Praxis eingesetzt werden.

Imaginäre Operationsroboter

Tatsächlich war dies der Eindruck, den ich von Operationsrobotern hatte, als ich zum ersten Mal mit dem Bereich der Operationsroboter in Berührung kam.

Tatsächlich sind Operationsroboter derzeit jedoch von verschiedenen Faktoren abhängig, beispielsweise vom Ort der Operation und der Art der Operation, und es gibt zahlreiche und unterschiedliche Typen. Bisher gibt es verschiedene Operationsroboter im klinischen Einsatz oder in der Forschung, vom Haar bis zum Zeh.

Auch hinsichtlich der Art dieser Operationsroboter gibt es erhebliche Unterschiede. Beispielsweise führt der Operationsroboter für Bauchoperationen ein sehr dünnes Endoskop in den Bauch ein und führt dann mit chirurgischen Zangen und Scheren Weichteiloperationen durch.

Orthopädische Roboter verwenden Werkzeuge wie Bohrer und Schleifmaschinen, um hartes Gewebe wie Knochen zu bearbeiten.

Diese Operationsroboter gibt es in vielen Ausführungen und sie erfüllen ihre eigenen Aufgaben. Was werden sie uns bringen? Wir können es uns intuitiv vorstellen. Wir können Operationsroboter problemlos mit Menschen vergleichen. Operationsroboter haben Hände und Augen.

Beispielsweise zittern die Hände eines Operationsroboters nicht. Wenn Sie vor einigen Jahren Chirurg werden wollten, aber unter einem unkontrollierbaren Zittern in den Händen litten, das allerdings nicht so stark war wie das völlig unkontrollierbare Zittern von Parkinson-Patienten, dann hatten Sie im Grunde keine Chance, diesen Job zu bekommen.

Beispielsweise können Operationsroboter die manuellen Eingriffe des Menschen um ein Vielfaches reduzieren und Blutgefäße mit einer Größe von nur zwei oder drei Millimetern sehr präzise nähen.

Darüber hinaus ermüdet der Operationsroboter nicht und streikt auch nicht, sodass er über lange Zeit sehr stabile Operationsabläufe durchführen kann. Dies sind die grundlegenden Vorteile, die uns Operationsroboter bieten können.

Aber vielleicht sind wir mehr besorgt darüber, was der Operationsroboter uns für die Patienten auf dem Operationstisch bringt? Welche Hilfe hat es dem Arzt gebracht? Nutzen Sie diese drei Kurzgeschichten, um vorzustellen, was uns Operationsroboter gebracht haben.

Abgeschlossen: 30 % //////////

„Hände“ in die Bauchhöhle für heikle Operationen

Die erste Geschichte ist, dass ich vor einigen Jahren Professor Zhang Zhongtao besuchte, einen sehr berühmten Chirurgieexperten am Beijing Friendship Hospital, und er mir vom Entwicklungsprozess der Chirurgie erzählte.

Eskalation der Bauchchirurgie

Früher öffneten die Ärzte Brust und Bauch des Patienten direkt und führten die Operation im Freien durch. Diese Art der Operation war eigentlich recht einfach.

Obwohl diese Methode die gleiche Wirkung wie eine Operation erzielt, wird die Lebensqualität des Patienten nicht berücksichtigt und es bleiben sehr lange Narben am Körper des Patienten zurück.

In den 1980er Jahren kam die laparoskopische Chirurgie auf. Dabei wird ein kleines Loch von vier bis fünf Fingern Dicke in die menschliche Bauchhöhle gebohrt und dann ein schlankes Endoskop und chirurgische Instrumente in die menschliche Bauchhöhle eingeführt, um einen minimalinvasiven Eingriff durchzuführen.

Nach der Operation hat der Patient vier bis fünf kleine Narben am Körper.

Mit modernster Technologie führen wir alle Operationsinstrumente durch ein Fenster in die menschliche Bauchhöhle ein und hinterlassen nach der Operation keine Narben. Tatsächlich wird dabei die natürliche Narbe des menschlichen Bauchnabels genutzt.

Manche junge Frauen finden ihren Bauchnabel unschön und unterziehen sich einer Schönheitsoperation am Bauchnabel, um Kleidung tragen zu können, die ihren Bauch freigibt. Mit dieser neuen Technologie können wir eine Operation durchführen, die einer Schönheitsoperation an unserem Bauchnabel gleicht.

Während dieses Prozesses werden die Narben immer weniger und das Ergebnis ist für den Patienten perfekt. Bei den Ärzten ist es jedoch genau umgekehrt: Der Schwierigkeitsgrad ihrer Operationen ist auf ein sehr hohes Niveau gestiegen.

Dies ist eine Szene einer Single-Port-Operation. Stellen Sie sich vor, wenn wir viele Instrumente und Endoskope durch eine Öffnung in die Bauchhöhle einführen, kommt es bei der Bedienung dieser Instrumente zwangsläufig zu Konflikten.

Wenn der Arzt während einer Operation die Zange bedient, sind seine äußeren Bewegungen und die Bewegungen der Zange genau entgegengesetzt, und das chirurgische Instrument selbst ist sehr unflexibel, was zu Konflikten zwischen den chirurgischen Instrumenten führt und die Operation des Arztes sehr lange dauern lässt.

Wir brauchen einen Operationsroboter mit verschiedenen Händen.

Wir haben uns viele Pläne überlegt und viele Versuche unternommen, und schließlich kamen wir auf die Idee, von einem Lebewesen in der Natur zu lernen. Es ist eine Delikatesse. In Peking gibt es eine Straße, die auf diese Delikatesse spezialisiert ist: Flusskrebse.

Die Form des Flusskrebses ist sehr gut, da seine Augen und zwei Hände ein in der Chirurgie sehr bekanntes sogenanntes chirurgisches Dreieck bilden. Wenn Menschen eine Operation durchführen, öffnen sie auch ihre Hände und schauen mit ihren Augen. Nur mit einer solchen Dreiecksbeziehung kann die Operation erfolgreich durchgeführt werden.

Unsere Instrumente sind von den Eigenschaften dieses Lebewesens abgeleitet. Vom Aufbau her sind sie sehr ähnlich, sie haben zwei Hände und Augen. Darüber hinaus können Hände und Augen sehr flexibel und frei verformt und bewegt werden, was unseren chirurgischen Anforderungen entspricht.

Zunächst einmal sind seine Freiheitsgrade mit 6 bis 7 Grad flexibler Deformation ausreichend, was tatsächlich der Fingerfertigkeit eines menschlichen Arms entspricht, und seine Betriebsgenauigkeit kann den Millimeterbereich erreichen, was den Anforderungen der Ärzte an die Durchführung heikler Operationen entspricht.

Wir haben gerade den menschlichen chirurgischen Eingriff daran wiederhergestellt. Tatsächlich gibt es beim Einsatz von Operationsrobotern noch ein weiteres Problem. Das Kraftgefühl, das wir ursprünglich beim Schneiden von Gewebe mit einem Skalpell hatten, ist verloren gegangen. Deshalb haben wir einen kleinen Sensor entwickelt, der in das vordere Ende des chirurgischen Instruments integriert ist und eine Genauigkeit von bis zu Millinewton aufweist.

Dies liegt weit jenseits der Auflösung, die menschliche Hände wahrnehmen können. Wir haben außerdem Geräte zur Mensch-Computer-Interaktion entwickelt, die es den Menschen ermöglichen, dieses Kraftgefühl bei der Bedienung zu erleben. Auf diese Weise haben wir den Menschen die Handbewegung und das Kraftgefühl zurückgegeben.

Dies ist ein Video unseres Kraftexperiments. Wir können die wirkenden Kräfte in alle Richtungen sehen und alle erfassen.

Natürlich haben wir auch einige sehr interessante Videos gemacht. Dies ist ein Experiment zum Nähen von Traubenschalen. Die Operation ist sehr heikel. Die Traubenschale ist sehr dünn und das Fruchtfleisch sehr weich. Nach dem Vernähen sind die Trauben noch intakt.

Dieses Video ist noch interessanter. Dies war die Idee eines meiner Doktoranden. Er dachte, da dieses chirurgische Instrument von einem Lebewesen wie einem Flusskrebs stammt, lasst uns kämpfen. Das chirurgische Instrument umarmte und warf den Krebs.

Der Krebs könnte sehr aufgeregt sein. Obwohl der Forschungsprozess schwierig und langweilig ist, gibt es tatsächlich viele interessante Dinge. Wenn Sie sich an dieser Forschung beteiligen möchten, ist dies auch ein guter Beweis dafür, dass wir tatsächlich noch etwas von dem Spaß erleben können, den der Forschungsprozess uns selbst bereitet.

Natürlich werden wir es vor dem tatsächlichen klinischen Einsatz an Tieren testen. Dies ist ein Bild des ersten Tierversuchs. Während der Operation versuchte der Arzt bewusst, den Operationsgriff zu verwenden und hatte tatsächlich das Gefühl, dass die Operation sehr geschickt war, was das zuvor erwähnte Problem des Instrumentenkonflikts löste.

Aus der obigen Geschichte können wir schließen, dass Roboter Erweiterungen menschlicher Hände sind, was dem Einführen menschlicher Hände in die Bauchhöhle entspricht, um sehr heikle Operationen durchzuführen. Selbst mit solch einer geschickten Bedienung reicht es noch immer nicht aus.

Abgeschlossen: 50 % //////////

„Sehen“ Sie den Läsionsbereich

Die zweite Geschichte handelt davon, dass ich vor ein paar Jahren bei einer Operation zusah, die von einem Roboter durchgeführt wurde. Zu diesem Zeitpunkt hatte der Patient einen Lungenrundherd. Vor der Operation markierte der Arzt mit etwas Farbstoff einen Kreis um den Knoten am Körper des Patienten.

Diese Markierungen gingen jedoch während der Operation verloren. Schließlich gelang es dem Arzt, die Flecken mit großer Mühe und auf Grundlage seiner reichen Erfahrung zu finden.

Darin spiegelt sich ein Problem wider: Selbst wenn Sie über sehr geschickte Hände verfügen, können Sie die Operation nicht gut durchführen und sie wird schwierig sein, wenn Ihre Augen die Läsionen unter der Gewebeoberfläche nicht erkennen können.

Der Unterschied zwischen dem menschlichen Körper in Büchern und im menschlichen Auge

Links sehen Sie, was Sie in Lehrbüchern sehen können. Menschliche Gewebe und Organe sind sehr klar voneinander abgegrenzt und Blut hat eine Farbe. Rechts ist das Bild, das der Arzt sieht. Alle Gewebe und Organe liegen dicht beieinander, sodass es unmöglich ist, zwischen Blutgefäßen und Läsionen zu unterscheiden.

Mit dem technologischen Fortschritt gab es auch einige Durchbrüche bei Operationsrobotern. Wie auf dem Bild zu sehen, wird ein Färbeverfahren verwendet und das Bild mittels Fluoreszenzbildgebung erfasst, sodass der Operationsroboter erkennen kann, wo sich die Läsion befindet.

Hier ist ein Video vom Ablösen des Tumors. Während der Operation können wir deutlich erkennen, wo operiert werden muss.

Natürlich gibt es noch eine weitere Technologie, nämlich die Augmented-Reality-Technologie. Vor der Operation können wir einige Läsionen mittels CT und Ultraschall diagnostizieren, sie dreidimensional darstellen und diese erkrankten Gewebe, einschließlich einiger Blutgefäße, auf dem dreidimensionalen Bild finden und sie dann in unseren chirurgischen Prozess einblenden.

Dadurch erkennt der Roboter, wo Operationen durchgeführt werden können und wo nicht, und kann funktionelle Bereiche und Bereiche mit sehr hohem Risiko wie Blutgefäße und Nerven meiden. Robotik ist eine Erweiterung des menschlichen Auges.

Mit der Verbesserung der Hände und Augen werden wir natürlich über die Verbesserung der Intelligenz und des IQ der Roboter nachdenken.

Abgeschlossen: 70 % //////////

Das Gehirn für Ärzte „befreien“

Endoskopische Untersuchung

Die dritte Geschichte handelt von der endoskopischen Untersuchung. Bei einer endoskopischen Untersuchung wird ein Spiegel entlang der menschlichen Körperhöhle eingeführt, um festzustellen, ob sich Krebs im Frühstadium oder Polypen befinden. Dies ermöglicht eine frühzeitige Diagnose und Behandlung. Stellen Sie sich vor, Ihnen würde ein Schlauch in den Körper eingeführt. Das wäre ziemlich schmerzhaft.

Dies ist ein Bild eines Patienten, der sich einer endoskopischen Operation unterzieht. Tatsächlich bin ich die Person, die dort liegt. Ich bin sehr gesund und habe keine Probleme mit meinem Verdauungstrakt. Wir tun dies, weil wir eine Partnerschaft mit dem Allgemeinen Krankenhaus der Volksbefreiungsarmee Chinas haben.

Die Ärzte wollten, dass wir einen Operationsroboter bauen, der sie bei Diagnose und Behandlung ersetzt oder unterstützt. Ich habe meine Angst überwunden und mich der wissenschaftlichen Forschung gewidmet, um diesen Roboter zu bauen. Es gab Zeiten, in denen ich nervös war und am liebsten einen Rückzieher gemacht hätte, aber ich habe trotzdem durchgehalten.

Im späteren Gespräch mit dem Arzt erzählte er uns, dass der Arzt bei der endoskopischen Operation tatsächlich durch einen gewundenen Hohlraum operieren müsse und dass er sich auch überlegen müsse, wie er operieren solle, um eine übermäßige Belastung des Gewebes zu vermeiden.

Gleichzeitig muss er auch auf verschiedene Krankheiten mit unterschiedlichen Formen achten, wie sie auf diesen Bildern zu sehen sind, sodass sein Gehirn stark beansprucht wird.

Im Rahmen dieser Analyse haben wir einige Nachforschungen angestellt. Einerseits hoffen wir, einen Operationsroboter zu entwickeln, der die Operation so einfach und unkompliziert wie ein Spiel macht.

Andererseits hoffen wir, den Prozess der endoskopischen Aufnahme um Methoden der künstlichen Intelligenz erweitern zu können, sodass dieser selbstständig Läsionen identifizieren und den Ärzten entsprechende Hinweise geben kann. Dadurch wird die Operation für den Arzt schwieriger und einfacher.

Das war im Dezember 2017. Wir haben zum ersten Mal eine Verdauungsendoskopie am menschlichen Körper durchgeführt. Für die Ärzte war es sehr einfach, die endoskopischen Eingriffe wie ein Spiel durchzuführen. Während des Eingriffs haben wir tatsächlich ständig die Größe der Eingriffskraft zwischen Endoskop und menschlichem Gewebe erfasst, um die Sicherheit der Operation zu gewährleisten.

Angesichts dieser Technologien denken wir natürlich darüber nach, ob wir dies Robotern überlassen können.

Das Video zeigt einen unserer Versuche, der sehr erfolgreich war. Der Roboter kann sich auf Grundlage von Bildern, Kraftwahrnehmung und Bewegung vom menschlichen Mund zum Zwölffingerdarm bewegen. Dies wird natürlich im Modell durchgeführt.

Anhand dieses Beispiels möchte ich verdeutlichen, dass Roboter das menschliche Gehirn weitgehend entlastet haben. Sie haben ihm Energie für technische Operationen und die Erkennung von Krankheiten entzogen, sodass er sich stärker auf die Behandlung von Krankheiten konzentrieren kann.

Dies sind die drei Aspekte, die ich vermitteln möchte: Roboter sind eine Erweiterung der menschlichen Hände, eine Erweiterung der Augen und eine Befreiung des Gehirns.

Das Problem ist, dass viele meiner Arztfreunde mich scharf verurteilten und sagten, ich würde ihre Arbeitsplätze zerstören. Tatsächlich fühle ich mich ziemlich gekränkt. Wenn wir es genau betrachten, geht es uns darum, die Notwendigkeit schwieriger Operationen auf der Welt zu beseitigen, und nicht darum, den Bedarf an Ärzten zu beseitigen.

Da Krankheiten nach wie vor von Ärzten behandelt werden müssen, sind Operationsroboter lediglich ein gutes Hilfsmittel für Ärzte. Dank des technologischen Fortschritts können heute einige der schwierigeren Operationen durchgeführt werden.

Beispielsweise können räumliche und zeitliche Schwierigkeiten, wie etwa die Erste Hilfe für die Soldaten, die die Insel bewachen, durch den Einsatz von Robotertechnologie auf den Einsatzort ausgedehnt werden, und die chirurgischen Eingriffe können beim ersten Mal präzise durchgeführt werden. Dann wird es auch unserer Gesundheit gut und deutlich helfen.

Ärzte stehen ständig am Empfang und kämpfen gegen die Zeit, um Leben und Gesundheit zu retten.

Sie sind auf diesem Weg nicht allein, wir sind auch bei ihnen, denn der Schutz des menschlichen Lebens und der Gesundheit ist das, wonach wir uns sehnen und was uns am Herzen liegt, und es ist unsere gemeinsame Mission.

Die Artikel und Reden geben lediglich die Ansichten des Autors wieder und stellen nicht die Position des Gezhi Lundao Forums dar.

„Gezhi Lundao“, früher bekannt als „SELF Gezhi Lundao“, ist ein wissenschaftliches und kulturelles Forum, das von der Chinesischen Akademie der Wissenschaften ins Leben gerufen wurde. Es wird gemeinsam vom Computer Network Information Center der Chinesischen Akademie der Wissenschaften und dem Science Communication Bureau der Chinesischen Akademie der Wissenschaften organisiert und von der China Science Popularization Expo ausgerichtet. Wir engagieren uns für die grenzüberschreitende Verbreitung außergewöhnlicher Ideen und wollen im Geiste des „Erforschens und Suchens nach Wissen“ die Entwicklung von Wissenschaft und Technologie, Bildung, Leben und Zukunft erforschen.