——记香港中文大学计算机科学与工程学系副教授窦琪

李 莉  李幸涛

　　手术机器人是机器人产业“皇冠上的明珠”，更是“健康中国2030”战略中守护民生健康的利器。这一领域，曾因达芬奇机器人的垄断被国外攥紧技术话语权，如今却因一群中国科研人的突破迎来转折。当微创外科进入机器人手术时代，智能化成为破局关键，香港中文大学副教授窦琪带领多学科研究团队交出了一份亮眼答卷：成功研发出基于人工智能（AI）驱动的手术机器人自动化技术，并将技术集成于国产机器人中，在活体猪模型上实现了组织牵拉、纱布抓取、血管夹闭等多项自主手术操作，相关成果登上《科学·机器人》（Science Robotics）。据介绍，这是全球首例基于具身智能技术实现的多功能手术自动化活体动物验证，为自动化手术机器人领域提供了数据驱动的纯视觉解决方案。“手术机器人不是取代医生，而是要成为他们最可靠的‘第三只手’。”窦琪言语干脆爽利，一如她在科研战场上直击难题的行事风格，这位立足香港国际科研沃土的探索者，正以技术突破为国产手术机器人叩开全球前沿大门。

破界攻坚铸“慧眼”

　　2020年，窦琪结束英国帝国理工大学的博士后研究回到香港中文大学（以下简称“港中大”），彼时的手术机器人领域正处于“AI与机器人各说各话”的混沌境地。传统手术机器人由医生操控——双手掌控多只机械臂，脚下还要频繁切换控制，精力消耗巨大；而所谓的“自动化”机器人，要么依赖复杂的额外传感器，要么被人工预定义规则限制，在临床应用中“束手束脚”。“手术机器人能否更有自主性？”窦琪决定从零开始探索。

　　窦琪目标明确：给机器人装上能“看懂”手术场景的“慧眼”，让它在没有额外设备加持的情况下，精准完成辅助操作。毕竟手术场景瞬息万变，连经验丰富的医生都要全神贯注，仅凭内窥镜图像就让AI自主判断，难度可想而知。将突破口选在AI具身智能技术上，她带领团队搭建起独特的技术框架，将机器视觉模型、强化学习与视觉伺服控制技术深度融合。其中一个关键创新，是基于基础模型的视觉感知系统——它像医生的眼睛一样，通过标准双目内窥镜的实时画面，精准识别血管、组织的位置，并且计算出手术器械与软组织的距离。“就像给机器人配了‘超级大脑’，既能看懂画面，又能快速做出反应。”窦琪解释道。

　　另一个突破在于通用性。以往的自动化技术都是“专人专岗”，针对血管夹闭开发的程序，换成软组织牵拉就不再适用。窦琪团队改用数据驱动的交互式学习方式，通过具身智能算法让机器人“举一反三”，无论面对纱布抓取还是血管操作，都能快速适配。“我们做的不是单一任务的机器人自主操作，而是能应对复杂手术场景的‘多面手’。”这份底气，来自团队无数个日夜的调试。

　　学科壁垒曾是最大障碍，AI研究者不懂手术流程，外科医生不了解算法逻辑，人工智能和机器人两个领域尚未交织，连合适的手术机器人模拟器都找不到。窦琪没有退缩，而是带领团队自主研发了手术机器人具身智能平台SurRoL。这个平台就像“数字孪生”，AI技术在上面完成训练后，能直接迁移到真实机器人上。更难得的是，她主动将SurRoL向全球开源，推动社区汇聚了国内外从业者，她说：“科研不是闭门造车，帮助更多人参与进来，才能更快推动行业发展。”

　　2021年，窦琪团队与国产手术机器人企业康诺思腾展开产学研合作，技术落地的步伐大大加快。为了让技术更贴合临床需求，她主动对接港中大医学院团队，邀请外科医生全程参与研发。在多学科团队的协作下，技术精准度不断提升，终于迎来关键的活体动物实验。

　　当腔镜手术机器人在港中大医疗机械人创新技术中心自主完成血管夹闭、组织牵拉、纱布抓取等一系列操作时，在场的人无不露出欣慰的表情，这意味着国产手术机器人在自动化领域可能实现“弯道超车”。“技术能真正服务于临床，才最有意义。”窦琪的目光始终聚焦在临床价值上，这与她将个人事业融入国家健康战略的理念密不可分。

　　在窦琪看来，手术机器人的发展关乎民生福祉。我国优质医疗资源分布不均，一些基层医院因缺乏经验丰富的外科医生，难以开展复杂微创手术。自动化手术机器人能辅助医生完成基础操作，降低手术门槛，让更多患者受益。“研究不仅要追前沿，更要接地气，让技术真正服务于国家医疗卫生事业。”这份站位，让她的科研路走得格外坚定。

　　如今，窦琪团队的研究正稳步推进临床转化，多轮动物实验正在有序开展。未来，她计划让机器人“懂得”不同外科医生的操作习惯，实现个性化人机协同。“每个医生都有自己的手术风格，让机器人适应医生，才能成为他们贴心的智能伙伴。”洒脱干练的窦琪，正带着她的“慧眼”机器人，在手术机器人自动化的赛道上稳步前行，让AI辅助手术的未来，离临床越来越近。

厚积薄发绽锋芒

　　回顾自己的科研路，窦琪常感慨：“在北京航空航天大学（以下简称‘北航’）读书时，老师常说，21世纪是生命科学的时代。当时还没有AI医疗的明确概念，但大学里的老师让我们把基础打牢、把视野放宽。现在回头看，那些交叉课程，都是今天的基石。”从北航的萌芽，到港中大的成长与蜕变，再到英国帝国理工大学的精进，她用十余年时间证明，交叉学科的“1+1>2”从来不是一蹴而就，而是用每个阶段的深耕细作，换来最终的厚积薄发。

　　窦琪与手术机器人的缘分，早在北航的课堂上就埋下了种子。生物医学工程专业综合交叉的培养体系为她打下了深厚根基。计算机、机械自动化、人体解剖……这些看似繁杂的课程，让她得以广泛触摸工程技术在医疗场景的应用空间。因对计算机的交叉应用场景感兴趣，大三时，她就走进实验室，并悄悄定下读博的方向。

　　2013年，北航的暑假交流活动，让窦琪与港中大结缘。“校园环境优美，科研气息浓厚。”这次偶然体验，让她果断申请港中大计算机系直博，进入王平安教授实验室——一个专注于计算机医疗应用的科研高地，让她的学科交叉之路有了明确发力点。“深度学习算法AlexNet在ImageNet图像识别竞赛中的突破，让人们看到了技术变革的机会。”窦琪抓住契机，将研究锁定在AI与医学影像的结合上。

　　博士阶段，窦琪收获了科研生涯第一个具有里程碑意义的成果。深度学习在自然图像领域虽已大获成功，但面对CT、MRI这类三维医学影像，却陷入困境——传统神经网络无法充分捕捉人体解剖结构在三维空间的复杂关联。“自然图像是二维的，而医学影像是活生生的人体结构，必须用三维思路解决。”窦琪从零探索，提出三维深度神经网络架构，构建稳定的反向传播和隐空间多级特征融合机制，成功将其应用于医学图像分割和检测。这项研究耗时一年半，仅解释技术原理的示意图，窦琪就反复打磨1个多月。最终，论文发表在医学影像领域顶刊《医学影像分析》（Medical Image Analysis），不仅斩获2017年度爱思唯尔期刊最佳论文奖——这是中国科研单位首次获此殊荣，更为三维医学影像分析提供了通用范式。

　　博士毕业后，窦琪慕名前往英国帝国理工大学，加入国际顶尖的生物医学影像分析实验室做博士后。在国外的研究经历中，她不仅深化了医学影像分析的研究，更在与华人学者的交流中打开了视野。“既然影像分析技术已逐渐成熟，为何不往硬件平台延伸，应用到手术机器人上？”这个念头，让她的研究方向从软件算法跃向软硬结合，为日后的突破埋下伏笔。

　　“每个阶段都遇到好老师，是我最幸运的事。”窦琪常说。北航的通识教育让她敢跨界，港中大的王平安教授带她入对行，帝国理工的学术氛围让她拓视野，而帮助她完成从影像到机器人跨界的，是港中大机器人研究所所长刘云辉教授。更让她受益的，还有被誉为“手术机器人之父”的拉塞尔·泰勒（Russell H.Taylor）教授，“他平易近人，思维活跃，每次交流都毫无保留，他的鼓励和认可给了我很多精神力量”。

　　这些恩师的指引，加之不同求学阶段的积累，让窦琪得以融合多学科优势，最终汇聚成合力。2020年回到港中大组建团队时，面对“AI与机器人各说各话”的行业困境，她毫不怯场——“交叉学科不是简单叠加，0.5+0.5=0，1+1>2，必须每个领域都深入掌握。”这份对交叉学科的深刻理解，成为窦琪推动技术突破、破解行业难题的核心驱动力。

聚力笃行守初心

　　“科研要做有意义的事，认定是正确的道路，再难也要走下去。”这是窦琪秉持的科研信条。从投身AI手术机器人自动化前沿领域，到带领团队突破学科壁垒、攻克技术难关，她用执着深耕的实际行动，生动诠释着“做难而正确的事”的坚守。

　　5年前，窦琪决定进军AI手术机器人自动化领域时，面对的是“无米之炊”的窘境。“当时连专用模拟器都没有，而模拟器是机器人智能落地的核心工具。”那时具身智能的概念尚未兴起，但她已清晰规划出技术路径：用交互式学习结合视觉感知，在模拟器中训练运动规划，再无缝衔接真实手术场景。这个思路经技术推演完全可行，可第一步就卡了壳——全球都找不到适配的手术机器人模拟器。

　　“很多人觉得工程化工作出不了论文，没必要费力气。”但窦琪深知，基础工具是交叉学科的“敲门砖”。她带着团队从零开始搭建SurRoL模拟器，从底层环境架构、数据传输系统，到人机交互界面、强化学习算法引擎，一点点啃下硬骨头。过程中失败不断：尝试的算法与临床需求脱节，设计的功能医生并不需要，团队就在反复试错中复盘调整。“科研多数时候都在失败，关键要找准问题环节。”窦琪常对学生说，她自己带着团队调试代码，在手术室观摩记录医生操作细节，确保技术贴合实际需求。

　　这份“死磕”换来了突破。2021年9月，SurRoL模拟器在机器人国际会议IROS上开源，如今已成为全球标杆——美国约翰斯·霍普金斯大学、英国伦敦大学学院、新加坡国立大学等知名大学的顶尖实验室都在用它开展研究。“做正确的事，迟早会被认可。”窦琪语气平静，却藏着坚定。

　　科研攻坚之余，窦琪积极探索多学科团队建设，实验室人才济济。她提倡追求高质量科研的团队文化，强调不做无用功，并鼓励学生深入手术室了解流程与医生需求，认为找准问题是技术创新的前提。人才培养上，她更注重对科研品位与独立思考能力的塑造。闲暇时，她会组织学生开展户外活动，加深交流，让实验室成为跨学科人才成长的摇篮。

　　近年，粤港澳大湾区科创活跃，内地项目资助持续向香港科研工作者开放，这为窦琪提供了广阔平台。2022年她获批首次向港澳开放的国家自然科学基金青年基金，2023年入选优秀青年基金，2025年，她获何享健科学基金青年科学家项目首期资助。这些资金将助力她开展前沿探索及与内地医院的合作，加速技术临床转化。从英国回港，拿到多个项目资助，窦琪庆幸自己踩准了国家科创发展的浪潮。她常对团队说，把个人科研事业融入国家发展大势，才能更好发挥价值。

　　如今，窦琪正带领团队向“让AI手术机器人走进手术室”的目标迈进。她认为，AI辅助手术机器人要走进手术室，首先要攻克的是心理的关卡。当然，监管层面的规范流程必不可少，但究其本质，是要打消人们对安全性的顾虑。“其实，手术机器人的AI自主化程度和自动驾驶一样，也分为L1到L5不同等级。目前我们的技术成熟度，还达不到全自动手术的级别，现阶段的研发重心是做医生的‘智能助手’。未来5年，希望我们的手术机器人能实现基础任务的模块化智能辅助，覆盖医生日常高频手术操作。”