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走近医疗机器人

时间:2024-06-21  记者:未知  作者:未知  来源:人民网  点击: 739 次

人民日益增长的美好生活需要催生科技发展新需求,医疗机器人作为“机器人产业皇冠上的明珠”,是机器人和医疗器械领域的重点发展方向,也是提高我国医疗及养老助残服务科技化水平的重要落脚点。同时,人形机器人在医疗领域的应用和潜力日益凸显,预示着医疗产业将迎来更多创新与变革。

什么是医疗机器人

讲到医疗机器人,很多人会联想到达芬奇机器人,达芬奇机器人由美国直觉外科公司生产,历经了5代发展,完成了超过700万例手术,处于行业绝对垄断地位,是医疗机器人的代表。但是医疗机器人并不只是达芬奇机器人一类,它泛指用于手术、康复、诊疗等场景的机器人,包括手术机器人、康复机器人、辅助机器人和医疗服务机器人等。其中,手术机器人,如达芬奇机器人,由外科医生控制,可执行微创手术和手术影像导引,还可细分为外科手术机器人、骨科机器人、介入机器人、腔镜机器人等;康复机器人可辅助人体运动,用于损伤后肢体或神经康复,包含上下肢康复机器人、外骨骼机器人、假肢机器人、护理机器人等;辅助机器人可在医疗过程中起到辅助作用,如胶囊机器人、配药机器人、远程医疗机器人等;医疗服务机器人提供非治疗辅助服务,减轻医护人员重复性劳动,如陪护机器人、移送机器人、消杀机器人、医用物流机器人等。

医疗器械未来的发展方向是智能化,而医疗机器人则融合了医学、机械、控制、信息、仿生等多学科交叉知识,是医疗器械智能化前进的最终方向。那么,医疗机器人究竟运用了哪些关键技术呢?人体结构复杂,包含肢体、感知系统、神经和小脑、大脑等关键部分。相应地,医疗机器人技术也模拟了这些结构,配置了机械执行机构、传感器、运动控制系统和决策系统,其关键技术研发工作也是围绕以上四个方面开展。

一是先进机器人机构设计。机构作为机器人的执行系统,是进行高精度、高稳定性操作的基础,包括机构构型、模块化设计、关节设计、仿生机构设计等。例如,手术机器人的执行机构,不仅需要满足期望尺寸要求,还要融合感知与交互,以实现各类复杂的功能。二是智能感知技术。感知是智能的输入和起点,也是人工智能发挥作用的基础,医疗机器人需要搭载各种传感器,结合信息处理技术,实时感知环境和人体状态。例如,通过视觉传感器识别并跟踪目标组织,分析病理图像;通过力传感器感知人机接触交互力等。三是机器人控制技术。控制是人工智能发挥作用的桥梁,通过对执行系统的智能运动控制、动态误差补偿、自主避障等,使医疗机器人具备高精度、高稳定性的运动能力,确保精准执行操作者的指令,最终实现复杂的智能行为。四是人工智能技术。医疗机器人是具身智能的重要载体,利用AI多模态大模型以及深度学习、机器学习等人工智能技术,进行复杂的决策计算,持续学习并优化出最合理的指令,从而高效指挥控制执行系统。例如,在紧急情况下,医疗机器人能够自主决策,迅速调整手术策略。

此外,医疗机器人的应用事关人民群众生命健康,安全和可靠性至关重要,其关键技术还涉及人机协同、人机交互、主从操作以及可靠性技术等。这些技术的不断进步和完善,将极大地提升医疗机器人的性能,确保其在医疗领域的应用更加安全、可靠和高效。

为什么要发展医疗机器人

当前,我国医疗资源紧缺问题依然突出,而人口老龄化趋势的加剧更是进一步放大了民众对高质量医疗服务的需求。医疗机器人作为人工智能时代在医疗领域应用的深化,能够有效帮助医生进行一系列的医疗诊断和辅助治疗,在临床实践中体现出显著的技术优势。

医疗机器人,尤其在手术领域,其优势尤为显著。手术机器人可消除人手震颤,实现手术的精准化与微创化,能够进行手术规划与精准定位,并提供高清的手术视野,在眼外科、神经外科等显微手术中优势明显。此外,与传统开放式手术、腹腔镜手术相比,机器人辅助手术体现出创口小、感染率低、恢复快的优势,也可增强临床医生应对复杂手术的能力。

康复机器人被认为是特殊环境下的“可穿戴设备”,具备助残行走、康复治疗、减轻劳动强度等作用,具有良好的运动一致性,能够保证康复训练的强度、效果与精度,可针对患者的损伤程度和康复程度,提供不同强度和模式的个性化训练方案与量化评价,并可基于人机交互控制,提高患者康复训练效果。

辅助机器人的出现,则丰富了医疗服务的内容。它能为患者提供诊前、诊中和诊后一体化的综合服务,满足医疗过程中的不同需求,特别是随着高质量网络系统的发展,医疗专家可在北京、上海等医疗发达地区的三甲医院,通过远程医疗机器人,实施跨越山海的手术,让老百姓在“家门口”就能享受到优质的异地医疗资源。

此外,医疗服务机器人可替代人工,长时间完成消杀、医用耗材管控与运输等工作,并具备全程追踪溯源、优化管理系统等功能,特别是在面对重大突发公共卫生事件时,彰显出非凡应用价值,智能配送、医疗监控、消毒运输等一大批机器人曾冲上防疫前线,在减少人员交叉感染、提升治疗效率等方面发挥了重要作用。

可以说,医疗机器人的普及正重塑医疗领域,在民生福祉中具有不可替代的作用,其以精准、高效的方式深度参与医疗过程,极大提升医疗服务效果,有力推动健康中国和精准医疗的进步。

如何发展医疗机器人

多年来,国家密集推出了一系列发展医疗机器人行业的相关政策文件,包括“十二五”规划提出机器人医疗服务,2016年国务院印发《“健康中国2030”规划纲要》,2024年工业和信息化部等七部门联合印发《关于推动未来产业创新发展的实施意见》等,为以医疗机器人为代表的高端医疗装备发展提供了有利环境。然而,医疗机器人仍面临结构复杂、技术门槛高等挑战,与国外发达国家相比,我国医疗机器人普及率较低,产品在技术、性能和可靠性上等方面仍有不足。因此,需加大研发投入,提升自主创新能力,以实现行业持续健康发展。

从医疗机器人的产业链看,其上游核心零部件包括伺服电机、减速器、传感器、控制器、系统集成等。目前,这些核心部件中最为关键的高端伺服电机、减速器和控制器仍然主要依赖进口,这在一定程度上制约了我国医疗机器人产业的自主发展。因此,坚持自主创新,实现核心部件国产化是产业可持续发展的重要保证;中游是医疗机器人整机生产企业,整体来看,我国康复机器人和辅助机器人的数量占比较高;下游为应用领域,涵盖外科手术、医院服务、助残、康复和家庭看护等各个层面。受限于科技和经济的发展,以及医疗行业的特殊性,现有的医疗机器人大多需要人工干预,智能化程度较低,功能较为单一,虽称为“机器人”,但距离真正独立进行手术或康复辅助的智能时代还有较长的发展路程。各种先进机构、智能感知、安全交互、远程医疗仍是未来医疗机器人的研究热点,特别是融合人工智能技术实现具身智能,是医疗机器人应用与发展的重要研究方向。

具体而言,面对人体复杂结构,刚柔耦合的小型化执行器设计有待取得突破,特别是单孔腔镜手术机器人、胶囊机器人、纳米靶向机器人、柔性机器人等新型医疗机器人产品都是新兴细分领域;面对人机协同智能控制需求,需要通过多维传感、交互多模型、增强现实等技术手段,提升机器人的智能感知和认知能力,保障医疗机器人使用过程中的安全性;面对人—机—环境安全交互的需求,需要做好包括视觉、补偿、规划、增强现实、生物力学等研究,提升医疗机器人的数字孪生性能;面对远程医疗的发展需求,借助6G智能互联技术,突破术区多模信息实时反馈与精准解析、低延时网络安全传输等关键技术问题,提升医疗机器人的远程交互能力。

同时,医疗机器人作为医疗设备,面临严格的准入机制,增加了产业化难度。优化监管、试行绿色通道可平衡其安全性与市场性,提高技术转化效率。

医疗机器人作为医疗领域的重要创新,引领产学研协同发展,正走在新质生产力创新发展的前沿阵地。随着技术突破与应用拓展,它将深刻变革医疗领域,但也需应对技术、安全和伦理等挑战,构建负责任、可信赖、可持续的风险治理体系,确保其健康、可持续发展。未来,医疗机器人技术将更加成熟,为人类健康事业贡献更大力量。


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