《新京报》:机器人专家王田苗20年不断推动机器人用于临床医疗

点击数:    |    加入时间:2016-12-05

《新京报》“大国匠心”栏目2016年12月2日报道我校机械学院机器人所王田苗教授20年不断推动机器人用于临床医疗:

机器人专家王田苗 20年不断推动机器人用于临床医疗

新京报记者 刘珍妮

一年前的海军总医院,Remebot医疗机器人协助医生在半小时内完成一台脑囊虫摘除手术,它的第一代研发者王田苗当时并不在现场。

目前机器人医疗应用的局面,已经超越了王田苗20年前的梦想。那时,Remebot的雏形还只是个藏在海军总医院一间废弃仓库里的实验品。

“他看上去是个平和的性格,其实骨子里有股子韧劲。最初他就相信机器人在中国临床应用上能实现,到后来追着医生问、带着学生一起实验的过程中,遇到很多阻力,他都没放弃。”“老伙伴”田增民这样评价王田苗,最佩服他的还有“师徒传承”,作为机器人领域的专家,王田苗把机器人的理论成果和技术传授给了他的学生,让他们继续推着这个领域往前走。


2016年11月18日,王田苗(中)与学生一起讨论医疗机器人的操作细节。新京报记者 彭子洋 摄

【人物简介】

王田苗 北航机器人研究所教授、博导。近年来主要从事智能机器人理论与技术研究。他1996年组建医疗外科机器人研究小组,带头研发无框架神经外科机器人,在医疗外科机器人与临床应用上填补了国内空白。20年来,与医疗领域著名神经外科专家田增民教授合作,带着学生实现了机器人的6代升级改造,机器人也协助医生完成了上万例神经外科手术。

在医疗机器人、移动机器人、嵌入式智能控制等领域,王田苗编写了三部专著。他的学生毕业后涌入创新创业大潮,成立多个创新高科技企业,产品包括Ninebot两轮平衡车、Remebot医疗机器人等。


1998年,王田苗(一排右一)和田增民成功申请国家863计划课题。图为项目组合影。

【匠心阐释】

当国外医疗机器人展示出巨大的社会价值时,回国的王田苗一头扎进其中,试图填补国内空白。他重视医生的需求与合作,带着学生突破神经外科手术机器人的技术难题,以机器人介入协助医生,将精细的脑外科手术带上了更精准和微创的新高度。

为避免科研成果束之高阁,他转而投入创业创新孵化平台,指导学生将更多的机器人研究成果转化为科技产品。

“安于宁静不跟风,做别人没做过的研究”是他追求的价值观,他用实践将他的思想传递给了他的学生。


1997年,王田苗(左)与田增民合作,首次完成机器人辅助立体定向神经外科手术。

20年前的相遇结成惺惺相惜的伙伴

11月的一个周末,北京航空航天大学王田苗的办公室里,当海军总医院副院长田增民进门时,两位久未见面的老伙伴上前轻握了一下彼此的手。

两人的第一次握手在20年前。如今他们回忆起来,那一场偶遇对二人之间的合作甚至Remebot的产生至关重要。

1996年,在国务院对优秀回国人员的表彰会上,王田苗和田增民第一次见面。大会讨论环节,王田苗一句“机器人技术能够在中国医疗临床上应用”吸引了田增民的注意。

当时,海军总医院神经外科的田增民从美国深造回国两年,而机器人研究学者王田苗也在一年前结束了在意大利国家仿生力学实验室的留学。

意大利的求学经历,激起了王田苗对医疗机器人的兴趣。在意大利的医院里,机器人科学家协助医生操作医疗机器人,完成了膝关节、髋关节的置换手术。

随着学习研究的深入,王田苗越发感到医疗机器人是一个战略性方向,因为智能机器人的精准定位、虚拟手术规划、学习积累优秀医疗专家知识服务于人的医疗健康,应该是一个值得长期研究发展的有价值的主题。

参与手术的过程中,王田苗感到兴奋,“理论成果没有束之高阁,通过不断的实验变成了产品实体,给人带来实实在在的价值。”

王田苗也为国内机器人的现状担忧,“当时用到机器人的行业主要还集中在工业,其中大部分的机器人还都来自国外,我们自主研发的东西太少。”

1995年从意大利回国,王田苗见到了北航机器人研究所所长张启先,“他告诉我机器人用在医疗上在未来会成为一种方向。”回国后,王田苗加入了北航机器人研究所,组建了医疗机器人研究小组。

作为公派美国的访问学者,田增民也看到医疗机器人带给医疗的进步。在他所擅长的神经外科手术中,医生借助影像和仪器为患者开颅祛除病灶的手术,技术上逐渐趋于纯熟,但仍然面临着精确定位皮质下病灶的挑战,而手术对颅骨造成的无法避免的创伤,既是医生的困扰,也是患者的伤痛。“更精准、创伤更小,一直是神经外科手术中需要发展的方向。”

与王田苗的相遇让田增民看到了未来的可能性。而王的研究组也急需来自一线医生的临床场景和一手资料。多次畅谈探讨后,这对专家级的伙伴认定,将先进机器人用于神经外科立体定向手术,能实现传统方法所达不到的高度。

医院废弃仓库诞生神经外科机器人

1997年,第一代神经外科立体定向机器人诞生于海军总医院的一间废弃仓库里。那是一个在通用工业机器人PUMA260基础上改造的产物,在传统的框架式立体定向仪上安装了主动式机器人,可以协助医生提高病灶靶点定位的精准度。

当时王田苗和田增民的合作就像是一场“地下实验”。用机器人做手术当时在国内很难被医学界接受,一些老专家直接说是伪科学。两人只好将实验设备偷偷运进医院里一间废弃仓库里。

在北航上班的王田苗,一有空就蹬着自行车往海军总医院跑,钻进不到10平米的仓库,和田增民讨论手术操作中遇到的定位难题。做实验用的模型骨白天不敢拿出来,两个人只好晚上熬夜。

研究早期,王田苗最希望能有机会进入手术室,现场观摩一次手术操作。

“有一次,他刚想试试看能不能进手术室,碰巧遇上院领导检查,直接给他轰走了。”田增民至今还记得王田苗脸上的尴尬,“过几天他又继续闷在仓库里做实验,继续和我们的医生讨论。”

1997年5月5日,对这对搭档来说是非常重要的一天。难得敲定的项目鉴定会上,两人将向鉴定组展示研究成果,但原本答应要来的权威专家没有到场,王田苗心里泛出前所未有的失落,“就像一场精心准备的Party,蛋糕、饮料都摆好了,但是客人没来。”

田增民最终顶住压力完成了演示。直到现在,王田苗也很感激田增民在承受重压之下对他的支持。

几个月后,田增民带来的好消息给了王田苗一针强心剂。他们等来了第一位愿意借助机器人做脑出血手术的患者。

在王、田二人的合作下,那台诞生于仓库的机器人,首次完成了机器人辅助下的立体定向神经外科手术。相比传统手术,手术规划点到术中点的精确定位,由原来的误差2mm提高到了0.5mm。这种精度误差的缩小是王田苗和田增民做了上千次实验的结果。

手术成功的消息入选了1997年“中国医药科技十大新闻”,在医学界引起了不小的轰动。

先观摩手术,再不停修正机器人的动作

临床应用上的成功,不但减少了医疗机器人小组来自外界的阻力,还获得了国家的支持。1998年,项目成功申请了国家的课题计划,王田苗把他的三四个学生也带进了项目组。

刘达是王田苗收的第一个博士生,刚入组时一脸迷茫,他不知道这个已经在精度上大大提高的机器人还需要哪些改进。

王田苗提出了“从带框架到无框架”的研究方向,“传统的开颅手术,患者颅骨上会开5个孔,4个孔是立体定向仪用来固定颅骨和测量病灶靶点的,只有一个孔是医生操作颅内手术的入口。”

王田苗说,手术时,这个框架用螺钉固定在患者颅骨上,手术前拍CT等影像资料时也要戴着。“当你看着一个孩子戴着这个仪器去拍CT时的不便和痛苦时,你就会知道摘掉这个框架非常必要。”

刘达心里多少有点打鼓,“传统的金属定向仪在国内使用了几十年,无论是经验还是操作的熟练度,这套仪器的使用根深蒂固。”

此外,新方向上可借鉴的资料非常有限,研究组里的学生时常有一种“摸着石头过河”的不安感。

“做学问,要有独特性,要有差异化,太随波逐流的东西没有创新,不会产生价值。”王田苗把北航机器人之父张启先对他说过的话转述给了他的学生。

在缺乏现有资料的情况下,项目组成员大部分的精力都用在观摩手术上。刘达回忆,那时候导师王田苗带着他们看完手术后,就扎进实验室,用模型骨模拟手术,之后请医生确认机器人动作的准确性,“不对就现场改,然后再去看手术,再让医生来确认,就这么周而复始地不停修正着成千上万个动作。”

“你必须意识到这个东西是给医生用的,他们在手术中使用的感受直接决定了这个机器人的改进方向,只有长期跟医生合作,这个事情才能往前推进。”在王田苗看来,能解决实际问题的科学才不会被放在包裹箱里封存。

1999年,国内首例机器人辅助无框架立体定位手术完成。

“无框架神经外科机器人的临床应用填补了国内的空白。”2000年,北京市科委作出了上述成果鉴定。

“我还是最喜欢当老师”

差不多在第二代机器人以后,王田苗就把项目放手交给学生,他在背后做一些必要指导。这台机器人又经历了4代更迭,如今已经可以在医院里治疗脑出血、脑囊肿、癫痫、帕金森病等十余类神经外科疾病。

2005年,随着医疗机器人在临床应用上的成功,王田苗看到了科技成果转化为产品给社会带来的价值。他开始投入到博创科技创业孵化平台的创设,指导来自北航和其他学校毕业的学生创业。

他的很多学生都会提及博创科技创业孵化平台早期的资金困难,“老师后来把自己的房子抵押给银行,贷到钱给我们做项目。”

在他的指导下,Ninebot平衡车问世,获得小米和多家机构的投资,致导科技、博创联动、博创智联等高科技公司也均出自他的孵化。

Ninebot的CEO王野是王田苗的学生,在他眼中,王田苗是个风格务实的老师。“他的风格就是产业化,技术要造福社会。”

博导、创业项目孵化人、投资机构科技顾问,现在王田苗身兼多职,不过他说,“我还是最喜欢当老师。”他的大部分时间还是给学生上课、指导论文、参与学术讨论和报告。

当学生们认为他是领路者时,王田苗则感激曾经让他站上肩膀的巨匠。像一种传承,王田苗也不遗余力地将他所专长的嵌入式智能控制等成果传授给他的学生,并鼓励他们创新,引导他们将科研成果转化为有实用价值的产品。

在王田苗办公室的墙上,挂着两排照片,多数是他和学生的合影,他笑着说,“我的很多学生都超越了我。”

【同题问答】

1、你的理想是什么?目前实现得怎么样了?

答:大的理想是多培养一些更优秀的学生,因为我们作为教师,应该相信每一位学生都有他们的个性、潜在的创造力价值与他们的梦想,应该因材施教,要去发现他们的特色、他们的兴趣、他们的追求。

我自己的小理想是有宁静、自由的读书与研究环境。另外也很希望现在国家创新驱动政策支持,借助民间资本也重视科研成果产业化。

2、坚守给你带来最大的快乐和痛苦是什么?

答:坚守就像人与人之间的相处,久了便会喜欢,喜欢了便会从中得到乐趣。坚守的痛苦在于常不被理解,人们会以为你生活在自己的世界里。

3、你觉得在事业上,最值得珍惜的是什么?

答:一路走来很多人的陪伴,包括父母给的生命,老师给的方法,同窗给的鼓励。

4、如果你能选择的话,你希望让什么重现?

答:曾经想当一次企业家,制造被社会认可的科技产品,给社会创造就业机会。

5、你最喜欢的一句话是什么?

答:天道酬勤,宁静致远。

6、能用一个词来形容你目前的心境吗?

答:快乐工作,尽力而为。工作已经被我当做一种生活,很多事情努力过就不太在意结果了,注重欣赏珍惜过程的风景。

 


编辑:贾爱平
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