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醫(yī)療領(lǐng)域或成機(jī)器人產(chǎn)業(yè)第二大應(yīng)用市場(chǎng)
醫(yī)療機(jī)器人這種叫法可能有點(diǎn)誤導(dǎo)，會(huì)讓人聯(lián)想到獨(dú)立操作預(yù)編程任務(wù)，而無(wú)需監(jiān)督的機(jī)器。這樣的應(yīng)用在工業(yè)上很流行，但在處理人體任務(wù)時(shí)，人的技能也是非常重要的。
一般認(rèn)為，醫(yī)療機(jī)器人應(yīng)該是醫(yī)療器械，但又不同于醫(yī)療器械。它能夠輔助醫(yī)生，擴(kuò)展醫(yī)生的能力，智能水平也會(huì)不斷增長(zhǎng)，同時(shí)也要滿足以下三個(gè)方面：醫(yī)用性、臨床適應(yīng)性以及良好的交互性。
醫(yī)療機(jī)器人在近幾十年才開始被使用，但他們的存在感正在急劇加強(qiáng)。
雷鋒網(wǎng)曾報(bào)道，根據(jù)波士頓咨詢的預(yù)計(jì)，現(xiàn)在每年醫(yī)療機(jī)器人的營(yíng)收是40億美元，2020年將達(dá)到114億美元。這其中的醫(yī)用機(jī)器人公司Intuitive Surgical在2014年的營(yíng)收就達(dá)到了21億美元。而得益于醫(yī)用機(jī)器人的快速增長(zhǎng)，未來(lái)商業(yè)機(jī)器人會(huì)取代軍用機(jī)器人，成為第二大機(jī)器人市場(chǎng)，市值達(dá)到170億美元。
醫(yī)療行業(yè)對(duì)機(jī)器人感興趣的原因很多，這可以與制造業(yè)中采用自動(dòng)化機(jī)械的原因作比較。這不是說(shuō)醫(yī)療機(jī)器人解決的問題是一樣的，但所帶來(lái)的益處無(wú)疑是相似的。機(jī)器人為行業(yè)帶來(lái)的好處，可能比專業(yè)和勤奮的醫(yī)療工作者更多，主要包括速度、準(zhǔn)確性、可重復(fù)性、可靠性和成本效益。一個(gè)機(jī)器人不管用得多久，都不會(huì)疲勞，它在百次使用時(shí)的準(zhǔn)確性，也與次使用時(shí)一樣。
就目前來(lái)說(shuō)，醫(yī)療機(jī)器人主要分為以下幾類：
外科手術(shù)機(jī)器人：可用于手術(shù)影像導(dǎo)引和微創(chuàng)手術(shù)，多數(shù)由外科醫(yī)生控制，醫(yī)生掌握輸入設(shè)備，機(jī)器人按指令在患者身上操作。
康復(fù)機(jī)器人：用于輔助和治療老年、或臨時(shí)的殘疾患者以及行動(dòng)不便的人群，用戶通過(guò)視覺反饋和各種輸入設(shè)備控制機(jī)器人，從而執(zhí)行簡(jiǎn)單的任務(wù)，例如將食物放在口中，或翻書，或站立和行走等。
醫(yī)用服務(wù)機(jī)器人：常見形式是在醫(yī)院中運(yùn)輸類移動(dòng)機(jī)器人，用于取藥或分配藥物，還有消毒和殺菌機(jī)器人等，可以解決醫(yī)院工作人員供不應(yīng)求的問題，分擔(dān)一些沉重而繁瑣的工作。
實(shí)驗(yàn)室機(jī)器人：用于進(jìn)行本藥或進(jìn)行重復(fù)性的實(shí)驗(yàn)，比如艾滋病毒檢測(cè)，可以節(jié)省時(shí)間，為其他目的騰出人力，主要普及原因是能夠以高速，可靠和無(wú)疲勞的方式執(zhí)行重復(fù)任務(wù)。
當(dāng)然，上面的分類不一定能涵蓋所有醫(yī)療用的機(jī)器人，其它還有用于陪伴的情感類機(jī)器人，它們可以幫助治療癡呆癥和認(rèn)知障礙，也能用于康復(fù)類型的家庭護(hù)理。
據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前手術(shù)機(jī)器人占比高，在六成以上。這主要利益于它發(fā)展的較早，實(shí)用性和效果為顯著。不過(guò)隨著機(jī)器人和人工智能類技術(shù)的發(fā)展，康復(fù)和服務(wù)機(jī)器人也在迎頭追趕。下文中雷鋒網(wǎng)會(huì)重點(diǎn)介紹手術(shù)機(jī)器人的歷史。
一項(xiàng)技術(shù)的起源往往植根于其前身的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)，而對(duì)于手術(shù)機(jī)器這，這位前者就是腹腔鏡手術(shù)。
腹腔鏡設(shè)備本身無(wú)法提供觸覺反饋(力和觸覺)，也沒法讓手眼實(shí)現(xiàn)自然協(xié)調(diào)和靈巧操作。在觀看二維視頻監(jiān)視器的同時(shí)移動(dòng)腹腔鏡儀器，也有些違反直覺。另外，操作時(shí)儀器要與顯示器上所瞄準(zhǔn)目標(biāo)相反的方向移動(dòng)。這些都讓腹腔鏡的優(yōu)點(diǎn)難以發(fā)揮，而為了克服這些限制，也就推動(dòng)了手術(shù)機(jī)器人的發(fā)展。
手術(shù)機(jī)器人的使用，是1985年的PUMA 560，它可以控制神經(jīng)外科活檢。三年后的1988年，PUMA 560被用在了前列腺手術(shù)中。該系統(tǒng)也促成了PROBOT的出現(xiàn)，它是一個(gè)專門為前列腺手術(shù)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)。
在PROBOT開發(fā)的同時(shí)，Integrated Surgical Supplies也在開發(fā)另一款機(jī)器人。1992年ROBODOC誕生，這一機(jī)器人可協(xié)助外科醫(yī)生進(jìn)行了全髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)，它也是個(gè)獲得FDA批準(zhǔn)的手術(shù)機(jī)器人。
同樣是在20世紀(jì)80年代中后期，美國(guó)國(guó)家航空航天局NASA的Ames研究中心的一組成員在研究虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)時(shí)，對(duì)使用這種技術(shù)開發(fā)遠(yuǎn)程呈現(xiàn)(telepresence)手術(shù)生起了興趣。這種遠(yuǎn)程外科手術(shù)的概念也成為手術(shù)機(jī)器人發(fā)展背后的主要?jiǎng)恿χ弧?br />
在90年代初，Ames團(tuán)隊(duì)的幾位科學(xué)家加入了斯坦福研究所SRI。與SRI的其他機(jī)器人以及虛擬現(xiàn)實(shí)專家合作，這些研究者開發(fā)了一種用于手術(shù)的靈巧的遠(yuǎn)程手術(shù)操作器。他們的主要設(shè)計(jì)目標(biāo)之一，是給外科醫(yī)生提供直接在患者身上進(jìn)行手術(shù)的感覺，而不是像在其它房間做手術(shù)。
在開發(fā)這些機(jī)器人的過(guò)程中，一些普通外科醫(yī)生和內(nèi)鏡醫(yī)師也加入了開發(fā)團(tuán)隊(duì)，并意識(shí)到，這些系統(tǒng)在改善常規(guī)腹腔鏡手術(shù)的局限性方面具有很大的潛力。
另一方面，美軍也注意到了SRI的工作，并對(duì)通過(guò)遠(yuǎn)程呈現(xiàn)“將外科醫(yī)生帶到受傷士兵身邊”，降低戰(zhàn)時(shí)死亡率的可能性很感興趣。在美軍資助下，研究人員設(shè)計(jì)了一種系統(tǒng)，其中受傷的士兵會(huì)被放入配備了機(jī)器人手術(shù)設(shè)備的車輛中，然后由附近的移動(dòng)外科醫(yī)院(MASH)的外科醫(yī)生遠(yuǎn)程操作手術(shù)。
這套系統(tǒng)備受期待，很可能防止士兵在到達(dá)醫(yī)院前過(guò)度失血，從而減少戰(zhàn)時(shí)死亡率。該系統(tǒng)已經(jīng)在動(dòng)物模型上取得成功，但還沒經(jīng)過(guò)實(shí)際戰(zhàn)場(chǎng)傷員護(hù)理測(cè)試。
后來(lái)，幾位為在美軍開發(fā)手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)的外科醫(yī)生和工程師，成立了一家商業(yè)公司Computer Motion，開始將機(jī)器人技術(shù)引入民用手術(shù)領(lǐng)域。值得注意的是，這家公司獲得了美軍的種子資金，并開發(fā)出了自動(dòng)內(nèi)窺鏡優(yōu)化定位系統(tǒng)(AESOP)，這是一種由外科醫(yī)生控制的機(jī)器人手臂，用于操縱內(nèi)窺鏡攝像機(jī)。
AESOP上市后不久，Integrated Surgical Systems公司(也就是現(xiàn)在的Intuitive Surgical)獲得了SRI Green Telepresence Surgery手術(shù)系統(tǒng)的授權(quán)。然后他們對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行了廣泛的重新設(shè)計(jì)，并終成為了達(dá)芬奇手術(shù)系統(tǒng)。2000年，達(dá)芬奇機(jī)器人獲得FDA批準(zhǔn)，成為個(gè)綜合腹腔鏡手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)。
達(dá)芬奇手術(shù)系統(tǒng)主要包括三個(gè)部分：手術(shù)控制臺(tái)、控制系統(tǒng)以及機(jī)械臂。醫(yī)生坐在手術(shù)控制臺(tái)上對(duì)電腦做出相應(yīng)的指令，攝像頭提示人體器官里面的相應(yīng)情況，醫(yī)生依據(jù)這些反饋信息做出手術(shù)決策。
在達(dá)芬奇誕生后的一年中，Computer Motion的Zeus系統(tǒng)也投入生產(chǎn)。手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)此后一段時(shí)間的發(fā)展，基本由上述兩家公司主導(dǎo)。此后在2003年，Intuitive Surgical收購(gòu)了Computer Motion，Zeus系統(tǒng)也不再積極銷售。
手術(shù)的發(fā)展一樣，其它類型的機(jī)器人，如假肢和外骨骼等，也有了巨大的進(jìn)步。
通用電氣則在上世紀(jì)60年代就開發(fā)了個(gè)外骨骼裝置。它被稱為Hardiman，是一個(gè)液壓和電動(dòng)機(jī)身的穿戴設(shè)備。由于它太重了，都無(wú)法用于軍事用途。現(xiàn)在這一領(lǐng)域也涌現(xiàn)出了了ReWalk等一系列公司。
在機(jī)器人外骨骼的幫助下，中風(fēng)患者可以比傳統(tǒng)的物理治療更快的恢復(fù)手臂運(yùn)動(dòng)能力。傳感器檢測(cè)肌肉力量、運(yùn)動(dòng)范圍和腦活動(dòng)，還能告知治療師患者的進(jìn)展。這類機(jī)器還有助于重新訓(xùn)練大腦，使健康的區(qū)域能夠補(bǔ)償損傷的區(qū)域。機(jī)器人系統(tǒng)還幫助患者重新學(xué)習(xí)步行和其他運(yùn)動(dòng)技能。
配備了微處理器的人工膝關(guān)節(jié)在1993年開始進(jìn)入市場(chǎng)。1998年，Adaptive Prosthesis將微處理器與液壓和氣動(dòng)控制相結(jié)合，讓假肢有了更自然的行走能力，對(duì)步行速度變化的應(yīng)對(duì)也更靈敏。同期，亮相于1997年的C-Leg，進(jìn)一步加強(qiáng)了膝蓋彎曲控制。它已經(jīng)發(fā)展的很精細(xì)，可適應(yīng)每個(gè)用戶的不同情況，并能進(jìn)行像溜冰鞋和騎自行車這樣的運(yùn)動(dòng)。
如今機(jī)器人假肢還有了附著于肌肉和神經(jīng)的傳感器，使患者能夠感受到觸覺，甚至是用思維控制運(yùn)動(dòng)。仿生手還具備了精細(xì)的運(yùn)動(dòng)技能，可以完成寫作，打字或彈鋼琴這樣的任務(wù)。
醫(yī)療機(jī)器人的應(yīng)用范圍近年來(lái)蓬勃發(fā)展。達(dá)芬奇機(jī)器人早已在醫(yī)院執(zhí)行了成千上萬(wàn)次手術(shù)，甚至已經(jīng)具備了縫葡萄皮的能力。據(jù)雷鋒網(wǎng)報(bào)道，到2015年，達(dá)芬奇手術(shù)系統(tǒng)當(dāng)年就做了不下600000場(chǎng)次的手術(shù)。它可用于各種手術(shù)，范圍從心臟瓣膜修復(fù)到腫瘤切除。
不過(guò)仍要注意的是，醫(yī)療機(jī)器人，特別是自主的外科手術(shù)機(jī)器人，仍處于初級(jí)階段。比如，柔性控制問題，針對(duì)柔性所帶來(lái)的感控還沒有解決；比如，多信息集成以及可視化和傳感，以及怎樣做到全面的人機(jī)交互等等。甚至在監(jiān)管和準(zhǔn)入上也有諸多問題，安全和有效是醫(yī)療器械注冊(cè)的必過(guò)門檻。
未來(lái)的醫(yī)用機(jī)器人肯定會(huì)讓創(chuàng)傷越來(lái)越小，做到簡(jiǎn)單、安全、集成，并且適合醫(yī)生操作的習(xí)慣。甚至未來(lái)會(huì)是直接控制，做到主從一體化，更小更方便。
可以說(shuō)，機(jī)器人手術(shù)已經(jīng)完成了消除腹腔鏡手術(shù)限制的這一目標(biāo)。甚至，現(xiàn)代醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中新創(chuàng)新的技術(shù)，可以簡(jiǎn)單歸結(jié)為：機(jī)器人。
附：關(guān)于醫(yī)療機(jī)器人的歷史小細(xì)節(jié)
世界上臺(tái)手術(shù)機(jī)器人是1983年，在加拿大溫哥華開發(fā)和使用的Arthrobot，一種髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)機(jī)器人。
手術(shù)機(jī)器人的使用是1985年的PUMA 560。
Intuitive Surgical公司在1995年成立。
2003年12 月，在美國(guó)Tampa，一名女子的丈夫在醫(yī)生使用手術(shù)機(jī)器人意外切斷主血管后死亡，醫(yī)院被起訴。
2006年5月，意大利進(jìn)行了起無(wú)人操作的機(jī)器人手術(shù)。
2008年6月，德國(guó)航空航天中心(DLR)開發(fā)出了個(gè)擁有力反饋的微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)。
2010年9月，盧布爾雅那大學(xué)醫(yī)學(xué)中心進(jìn)行了一次股骨脈管系統(tǒng)機(jī)器人手術(shù)，這次使用的可以說(shuō)是真正的機(jī)器人，因?yàn)樗鼪]有復(fù)刻人手的動(dòng)作，而是在按下按鈕后自行操作。
(原標(biāo)題：醫(yī)療機(jī)器人：未來(lái)第二大機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀與應(yīng)用前景)
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