令人驚艷的醫用機器人

周路菡

由于醫用機器人在手術的準確性、可靠性和精準性上遠遠超過了外科醫生，醫用機器人正在得到越來越多的應用。目前醫用機器人已經在腦神經外科、心臟修復、膽囊摘除手術、人工關節置換、整形外科、泌尿科手術等方面得到了廣泛的應用，同時醫用機器人也在不斷開創新的應用范圍，向其它領域廣泛延伸。中國的相關企業也在加緊研制各種手術機器人及其輔助設備、耗材，努力打破目前醫用機器人技術和市場被國外產品壟斷的局面。未來，醫用機器人將向醫療行業的各個領域滲透，產生巨大的價值。

醫用機器人是機器人中的佼佼者

醫用機器人是從醫學的需求發展而來的。醫用機器人，是指用于醫院、診所的醫療或輔助醫療的機器人。是一種智能型服務機器人，它能獨自編制操作計劃，依據實際情況確定動作程序，然后把動作變為操作機構的運動。

事實上，醫用機器人有一個非常寬泛的概念，可以說用于醫療領域的機器人或者機器人化設備都可以叫做醫用機器人。醫用機器人和傳統機器人相比有自己的內涵，像輔助醫生的工作、擴展醫生的能力，這些都是我們所希望醫用機器人應具有的能力。而醫用機器人作動的對象是人，是醫生手里的工具，可以輔助醫生診斷、治療、康復和日常護理。由于技術復雜，受眾明確，所以其安全、實用性、穩定性和交互性都比一般的機器人要求高。

比如對于安全性，為患者完成手術，所以對于醫用手術機器人的安全性方面提出了更高的要求，安全和有效是醫用機器人最重要的特征，也是醫用機器人的實質內涵。

此外醫用機器人也需要具有良好的交互性。即醫用機器人可以執行所輸入的各種命令，并且具有多種模式識別功能。機器人也會根據現場出現的各種場景做出判斷和處理。機器人配備的各種各樣、無處不在、形狀各異的傳感器，以及融合人工智能、大數據的云計算平臺，他們可以變得越來越聰明，為實際的治療和診斷過程提供各種解決方案。

此外，現代手術更需要手術機器人的協助。現代手術已經進入到了微創時代，微創手術的成功不僅依賴于技術精湛的外科大夫，也依賴于醫生手里優良的手術工具。從開放手術到普通腹腔鏡手術，再到機器人腹腔鏡手術，微創技術的需求牽引推動了機器人技術在這方面的應用。隨著機器人產業的不斷發展，醫療機器人的發展逐漸受到全球更多高度關注。

目前，美國已經把手術治療機器、假肢機器人、康復機器人、心理康復輔助機器人、個人護理機器人、智能健康監控系統定為未來發展的六大研究方向。歐洲計劃將建立“Robotics for Health-care”網絡，促進醫療機器人在歐洲的發展和應用。

據 Winter Green Research 報告，醫用機器人領域最受關注的是手術機器人，其市場規模在 2016 年為 70億美元，到2021 年，全球手術機器人市場規模預計將達到 200 億美元。報告表示目前北美市場目前為最大市場，而由于政府醫療投入加大，醫療系統重組和人們對微創手術意識加強，未來市場重心將逐漸往亞洲市場轉移。并且，伴隨著下一代設備、系統和器械的發布，手術機器人將從目前的大型開放手術，覆蓋到身體中的微小部分。

醫用機器人開始用于臨床治療

醫用機器人擴展了大夫的視野，增加了手術的準確性、靈活性和操控性。醫用機器人的分類目前主要分為手術機器人、康復機器人、醫用服務機器人和智能設備。

據悉，世界上第一款手術機器人出現在腦外科手術領域，是用工業型的機器人實現手術導航。其中骨科手術機器人的研究也比較早，從上世紀八十年代就開始研究和應用。典型的系統如美國的ROBODOC、瑞典的PinTrace以及德國的CASPAR等都有較好的應用。

以色列的Mazor Robotics公司的SpineAssist由以色列海法理工學院 Moshe Shoham 教授主持開發的產品。SpineAssist 在2004年得到FDA認證。第二代產品已在全球100多個醫療機械使用，其中一半在美國，主要用于活檢、重建手術、脊柱側彎矯正、脊椎融合術等精細手術。獨有的3D規劃軟件可以幫助醫生繪制手術流程圖，并根據事先設定的方案操控機械。SpineAssist已經在中國市場銷售，但價格較為昂貴。

以色列MedRobotics公司的Flex Robotic System，即著名的“機器蛇”，由海法理工學院的 Alon Wolf 團隊發明，它能抵達醫生視線無法觀察的身體位置，例如頭部和頸部的一些組織。當機器蛇鎖定位置后，醫生不僅能觀察病灶，還能借助其設備實施一些高難度的手術。這項專利已于2014年、2015年分別通過歐盟和美國的審批。

以色列的Microbot Medical則推出了爬型機器人ViRob和TipCAT。據悉，ViRob 是一種微型的爬型機器人，可以將攝像機、藥物或器材運送到身體細窄彎曲的部位，如血管、消化道等，協助醫生實行微創手術。TipCAT是一種有自助力的內窺鏡，可以靈活地在人體的結腸、血管中運行。

目前手術機器人商業化做的最好的就是美國直覺外科公司（Intuitive Surgical）生產的達芬奇腹腔鏡手術機器人，截止到2016 年6 月 30 日，達芬奇系統全球累計安裝 3745 臺，其中美國有 2474 臺，美國之外地區有 1271 臺。2016 年上半年共安裝 240 臺，美國本土 153 臺，美國之外地區 87 臺；其中通過經營租賃方式的比重有所增加，在 2016年上半年安裝的 240 臺中共有 34 臺為租賃的形式。完成達芬奇機器人手術案例數量：截止到2016 年上半年，全球共完成達芬奇手術300 萬例，其中 2015 年全球共 65.2 萬例，同比增長 14%。2016 年上半年全球達芬奇手術案例增長幅度大約為 16%，美國之外的增長幅度大約為 23%。

在中國，2006年第一臺達芬奇手術機器人系統被引進到了中國人民解放軍301醫院。2016年被引進到中國各大醫院的達芬奇手術機器人數量達到了59臺，成了中國頂級醫院的必備器械之一。代理銷售達芬奇手術機器人的復星醫藥也因此賺的盆滿缽滿。

據美國達·芬奇機器人手術系統制造商Intuitive Surgical統計，浙江大學醫學院附屬第一醫院蟬聯2016年全球單臺機器人手術量的冠軍，達到了888臺，比2015年創造的世界紀錄又提升了52臺。目前，浙大一院開展機器人手術的科室包括肝膽胰外科、婦科和腎臟病中心等。手術涉及的病種涵蓋了肺癌、肝癌和腎臟移植等。

除了手術領域，另外一個最主要的領域就是康復和助力機器人，以色列的ReWalk產品也拿到了FDA的認證，現在市值已經達到三十多億美元，典型的還有日本的HAL和美國的HULC機器人。ReWalk是一款可穿戴仿生腿支架，由輕質材料制成。有了ReWalk，下身癱瘓者可不必再使用輪椅，能夠再次行走起來。ReWalk由電池供電，受先進的腕戴控制器控制，該控制器可檢測和引導穿戴者的走動。該設備在美國也獲得了FDA（美國食品與藥物管理局）的批準，被美國前總統奧巴馬等人贊譽為“改變人生的”設備。

國內醫用機器人突破國外壟斷

目前，醫用機器人領域主要還是國外產品占據壟斷地位，這也導致國內普及率低。由于技術和市場的壟斷，也使得醫用機器人的購置費用高、手術成本高、維護費用高。一臺達芬奇外科手術設備美國本土的銷售價格在 60 萬到 250 萬美元之間，但由于達芬奇機器人的技術和市場被國外制造廠商壟斷，買到國內的價格在2000 萬人民幣左右。除此之外，機器人的機械臂是一種高值耗材，使用時是臨時安裝到機器人上面，每條機械臂使用 10 次后便不能繼續使用，機械臂的價格在美國從 700 美元到3200 美元不等，國內大概每條 10 萬人民幣。達芬奇外科手術設備每年的服務協議在 10 萬美元到17 萬美元之間。

所以中國國內研究人員正在加緊研制各種手術機器人及其輔助設備、耗材。從長遠看，當前的手術機器人技術和市場的壟斷地位可能被打破，手術機器人使用成本的下降是必然趨勢。

國內的醫用機器人的創業企業主要針對手術機器人更多一些。比如北京柏惠維康（北航背景）主打產品為Remebot神經外科手術機器人，哈爾濱思哲睿（哈工大背景）研發的微創外科手術機器人，天津妙手機器人（天津大學背景）研發的妙手S微創手術機器人，以及ROBO醫療機器人（哈工大背景）研發的單孔手術機器人。除此之外，重慶金山和北京天智航也推出了手術機器人。但是這些手術機器人如前所述，大多數企業長期處于研發或者臨床試驗階段。

海軍總醫院與北京航天航空大學聯合開發的機器人系統 CRAS（Computer and Robot Assisted Surgery，CRAS）是國內手術機器人系統的先行者。目前，CRAS 機器人系統已經發展到了第七代，系統無論是在操作、性能、網絡技術還是在定位精確性、手術確切性方面，都較前代有了明顯提升。CRAS 機器人系統選用 PUMA260、262 機器人作為系統輔助操作的執行機構。第一代機器人于 1997年 5 月首次應用于臨床。第二代 1999 年研制成功，實現了無框架立體定向手術。第五代機器人除了前四代機器人的特點外，自動定位功能更加先進，實現了視覺自動定位，使手術誤差更小，手術操作更加快捷安全。該系統能通過互聯網實施遠程操作手術。

妙手機器人是國內首臺微創外科手術機器人。據悉，“妙手 S”系統較國外同類產品有三點技術優勢，第一是運用了微創手術器械多自由度絲傳動解耦設計技術，解決了運動耦合問題，固定、防滑、防松，更有利于精度保持。第二是實現了從操作手的可重構布局原理與實現技術，使機器人的“胳膊”更輕，更適應手術的需要。第三是運用系統異體同構控制模型構建技術，解決了立體視覺環境下手-眼-器械運動的一致性。據了解，“妙手 S”外科手術機器人系統將有望在2017年內投產。

2016年4月，北京柏惠維康科技有限公司獲得數千萬元人民幣的A輪融資，投資方為真格基金、乾祥海泉投資（胡海泉）、雅瑞天使。該公司經過18年的技術積累，于2015年推出了新一代的Remebot神經外科手術機器人。據悉，Remebot從實驗室的樣機到手術臺的產品走過了18年歷程。Remebot以2毫米的微創，進入大腦這一“生命禁區”，抵達病灶靶點，定位精度達1毫米，通過其精確的導航定位，醫生可以實施活檢、抽吸、毀損、植入、放療等12類術式，平均耗時30分鐘，術后觀察三天即可出院。Remebot給神經外科手術帶來了新的變革。它的出現，為腦出血、腦囊腫、癲癇、帕金森病等十余類神經外科疾病患者，帶來新的希望。

北航研制的骨科手術機器人也獲得了CFDA認證，2006年的時候完成了北京到延安之間的遠程骨科手術。此外哈工大在腹腔鏡、骨科、介入手術等領域開展研究，中科院自動化所、沈陽所、深圳院等在血管介入、骨科等領域開展研究，天津大學在腹腔鏡、顯微外科等領域開展研究，北京理工大學在軟組織穿刺、顱頜面外科等領域開展研究，復旦、浙大等也都在醫用機器人方面開展了研究，取得了一系列的成果。

最近，上海閔行區政府與上海交通大學準備建立醫用機器人先進技術研究院。英國皇家工程院院士楊廣中教授將領銜擔任“醫用機器人先進技術研究院”院長，上海交大將充分發揮跨學科的優勢，由生物醫學工程學院牽頭，整合機械與動力工程學院、電子信息與電氣工程學院、材料學院等的科研力量；聯動上海交通大學醫學院及附屬瑞金、仁濟等13家三級甲等醫院的醫科力量，構建產學研用協同創新機制，共同推進研究院建設和醫用機器人產業發展。

機器人將向醫療行業廣泛滲透

由于機器人在手術的準確性、可靠性和精確性上大大超過了外科醫生，機器人技術在醫療手術領域具有廣泛的應用前景。國外已經取得了長足的發展和很好的臨床應用，在一些領域，如機器人輔助正骨、介人式診斷、輔助顯微手術、輔助康復等有著巨大的應用價值。國外的醫學研究生已經開始系統地開展相關課程的學習。隨著技術的發展，醫用機器人必然向醫療行業的各個領域滲透，將涵蓋包括外科手術、醫院服務、助殘、家庭看護和康復等所有層面，開創臨床醫學的新天地，如各種類型的手術機器人、機器人手術專用工具、醫院服務自主車輛系統、虛擬培訓系統、智能輪椅、智能康復設備等。

據悉，抽血機器人、手術機器人、遠程醫療機器人、醫學AI“助理”、AR、VR、Exoskeletons（外骨骼）、食物掃描儀和打印機、數字紋身、便攜式診斷設備將是未來醫用以其人領域研發的重點。

比如由意大利圣安娜高等學校的CRIM實驗室開發的爬行攝像膠囊機器人，就是其中被廣泛關注的產品。按照設計，這個機器人可攜帶攝像機，通過有彈性的“腿”爬進患者的消化道，替代傳統內窺鏡進行檢查。它可用來檢查食管、胃和十二指腸內部的損傷或潰瘍情況。

遠程醫療可以幫助解決偏遠地區居民就醫難問題。所以遠程醫療機器人特別受到重視。美國國家工程學院院士王友侖被譽為“手術與遠程醫療機器人之父”，他創辦的InTouch Health公司發明的RP-7i 和 RP-VITA機器人讓醫生使用 iPhone 登錄 RP-VITA 后就進行遠程診療操作。醫生用這款機器人與聽診器、耳鏡和超聲掃描儀相連接，機器人配備了一個相機和一個屏幕，使患者和遠方的醫生都能看到對方，醫生還可以通過機器人觀察病人，向病人詢問病情，檢查心跳及脈搏，甚至進行X射線透視。病人可以通過屏幕看見醫生，同時向醫生詢問病情。

隨著中國進入老齡化社會，能搬運重物的醫用肌肉機器人將得到重視。比如RI-MAN機器人是由日本名古屋理研生物模擬控制研究中心開發的醫用搬運工模型。RI-MAN機器人身高158厘米，重100公斤，它不僅有柔軟、安全的外型，手臂和軀體上還有觸覺感受器，使它能小心翼翼地抱起或搬動患者。未來，RI-MAN機器人能取代護工去照顧老人或體弱多病者。

另外，能為患者清潔身體的護理機器人，幫助患者喂飯的進食輔助機器人，能進行送餐、送藥、整理患者的床單和臟餐盤，收集醫院的廢物的輔助機器人，都在研發之中。當你在未來某時刻看到醫院里到處都是機器人時，請盡量淡定，因為一個機器社會和人的社會相互融合的社會已經來臨。