醫(yī)療機器人的研究與進展

侯小麗 馬明所

1鄭州澍青醫(yī)學高等?？茖W校 （ 鄭州 450064）

2鄭州市第十九中學 （ 鄭州 450000）

醫(yī)療機器人技術是集醫(yī)學、生物力學、機械學、機械力學、材料學、計算機圖形學、計算機視覺、人工智能、數(shù)學分析、機器人等諸多學科為一體的新型交叉研究領域，有著廣泛的應用前景，是目前機器人領域的一個研究熱點，包括被應用在以診斷、治療、康復、護理和功能輔助為主的醫(yī)學領域的機器人。下面介紹部分醫(yī)療機器人的研究現(xiàn)狀及發(fā)展方向。

1.外科手術機器人

外科手術機器人即內(nèi)窺鏡手術器械控制系統(tǒng)，人類歷史上第一次應用手術機器人可以追溯到上世紀80年代[1]，由于其無可比擬的優(yōu)越性，自誕生之日起就得到了快速而穩(wěn)定的發(fā)展。目前，外科手術機器人系統(tǒng)開始進入發(fā)展成熟期，如Computer Motion公司的ZEUS等[2]。隨著當前科學技術日新月異的發(fā)展，外科機器人將引領微創(chuàng)外科進入一個嶄新的時代：1）研究能更好地應用于軟組織外科的手術機器人；2）開發(fā)具有觸覺反饋功能的操作系統(tǒng)和操作器械；3）開發(fā)小型化、專門化、低成本的手術機器人系統(tǒng)；4）趨向于智能化和自動化[3]；5）遠程手術這一充滿發(fā)展前景的技術將得到推廣和應用[4]。

2.康復和護理機器人

2.1 康復機器人

首次嘗試把為殘疾人服務的機器人系統(tǒng)產(chǎn)品化是在20世紀的60年代到70年代，第一臺康復機器人CASE。20世紀80年代是康復機器人研究的起步階段，1990年以后進入到全面發(fā)展時期，如美國Tolfa Corporation開發(fā)的DEVAR系統(tǒng)等，代表最新發(fā)展方向的是美國費城Pennsylvania大學的P.Wellman等人設計的智能輪椅[5]。康復機器人技術經(jīng)過了40多年的發(fā)展，已成為國際機器人領域的一個研究熱點，其未來發(fā)展呈現(xiàn)以下幾個趨勢：1）各種先進的機器人技術廣泛應用到康復領域；2）康復理論的發(fā)展催生新的康復機器人；3）仿生學的發(fā)展指引著康復機器人的未來，這也許是機器人在康復領域應用的最高境界。

2.2 護理機器人

護理機器人一般用來輔助護士完成相關的護理工作，如病人翻身、更換床單等護理，以及食物、藥品、醫(yī)療器械、病志的傳送和投遞，與病人對話，提供數(shù)據(jù)和影像支持等工作。日本機械工程研究所開發(fā)的MELKONG，專門用來照顧那些不便走動的病人。日本三菱公司還推出了一種在MELKONG基礎上改進的傳輸搬運車輛。美國運輸研究會(Transition ResearchCorporation, TRC)研制的“HelpMate”機器人，可以24h在醫(yī)院里完成運送食物和藥品的工作。對護理機器人的研究現(xiàn)在多集中在研究可移動機器人系統(tǒng)，如WALKY, MOVAID和ARPH等機器人系統(tǒng)[6]。

康復和護理機器人的發(fā)展不僅為殘疾人護理問題的解決提供了最佳方案，而且為病人和老年人日常生活護理問題的解決找到了出路。

3.救援機器人

救援機器人主要擔任危險條件下的救援工作，在火災、地震和戰(zhàn)場等各種場合下能迅速且安全地將傷病員救出。2003年，國際救援系統(tǒng)研究所在日本政府的贊助下，開發(fā)出了第一批可以在地震廢墟上爬行、飛行和跳躍的救援機器人，用于地震后受災人員的搜索。2004年，還研制出大型救援機器人“T–52En ryu”，可輕松地挪開變形的汽車和倒塌的建筑物等障礙物，救出受災人員。該機構(gòu)計劃用15年時間創(chuàng)造出一支機器人救援隊伍[7]。2007年，美國Vecna公司研發(fā)出戰(zhàn)場救援機器人“VECNA's BEAR”，其身手敏捷，能夠擔負普通人無法擔負的任務，可以抱起受傷士兵送往后方安全地帶，其行走時間長達50min[8]。

4.轉(zhuǎn)運機器人

轉(zhuǎn)運機器人主要用于危重病患者的特殊檢查、挪動、轉(zhuǎn)床、手術和麻醉前后的接送和戰(zhàn)場傷病員的后送，避免傷病員的再損傷。目前，國內(nèi)外大部分研究還主要集中在病人轉(zhuǎn)運車，主要以人工操作為主，自動化程度低。2007年，燕山大學王洪波教授和日本Fumio Kasagami教授共同研制出“C-Pam”轉(zhuǎn)運機器人，采用接觸點相對靜止技術，不需移動患者身體的任何部分，患者就會被移動到床板上[9-10]，但其傳感器少，自動化和智能化水平相對比較低。轉(zhuǎn)運機器人在保證患者無痛轉(zhuǎn)運的前提下，還要易消毒滅菌，行走靈活，控制簡單，安全可靠。隨著技術的進步，轉(zhuǎn)運機器人正朝著自動化和智能化方向發(fā)展。

5.其他方面的研究

5.1 超聲診斷機器人

醫(yī)療超聲檢測經(jīng)常需要醫(yī)生在一個難以實施的位置上，持續(xù)握住超聲探頭一段時間，而且有時候還需要施加比較大的力，這樣得到的超聲圖像常常會受到醫(yī)生肌肉緊張的影響。而利用機器人輔助的圖像引導控制診斷系統(tǒng)則可以消除這種影響[11]。

5.2 微機器人研究

對于微機器人的研究最典型的是機器人內(nèi)窺鏡，如微機器人自動結(jié)腸鏡可以使檢查時結(jié)腸鏡與病人的腸壁接觸面積最小，從而減輕病人的疼痛，同時，醫(yī)生可以很容易地觀察病患部位，以便控制結(jié)腸鏡的進程。隨著微機電系統(tǒng)(MEMS)技術的發(fā)展，微型醫(yī)療機器人將會有更多的應用領域，比如將微機器人用于體內(nèi)微型手術和定點藥物釋放等方面都具有誘人的前景[11]。

6.展望

醫(yī)療機器人技術極大地推動了現(xiàn)代醫(yī)療技術的發(fā)展，是現(xiàn)代醫(yī)療衛(wèi)生裝備的發(fā)展方向之一。目前，對于醫(yī)療機器人的最新研究也在不斷地產(chǎn)生出新的成果：手術機器人具有高準確性、高可靠性和高精確性，提高了手術的成功率；救援機器人可以經(jīng)受得住戰(zhàn)場和災難等惡劣環(huán)境的考驗，安全救出傷病員；康復機器人具有智能化，可為傷員、病人與老年人提供康復護理和服務。隨著現(xiàn)代科技的不斷進步、社會的老齡化、現(xiàn)代戰(zhàn)爭的高技術化以及醫(yī)療技術的發(fā)展，機器人技術在醫(yī)療領域還會得到更深入而廣泛的研究和應用。從長遠發(fā)展角度來看，集傷病員營救、后送、手術、轉(zhuǎn)運、康復和護理為一體的真正的醫(yī)療機器人系統(tǒng)將會受到廣泛的關注和重視。

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[5]杜志江, 孫傳杰. 康復機器人研究[J]. 中國康復醫(yī)學雜志, 2003, 18(5)293-294.

[6]張西, 侍才洪, 李瑞欣. 正醫(yī)療機器人的研究與進展[J]. 中國醫(yī)學裝備, 2009, 6(1)7-12.

[7]杜志江，孫立寧，富歷新. 醫(yī)療機器人發(fā)展概況綜述[J]. 機器人, 2003, 25(2)182-187.

[8]VECNA's Battlef i eld Extraction-Assist Robot BEAR. Http://www.botmag.com/index.shtml.

[9]Hongbo Wang, Fumio Kasagami. Careful-Patient Mover Used for Patient Transfer in Hospital.IEEE/ICME[J], International Conference on Complex Medical Engineering, 2007(5)20-26.

[10]Hongbo Wang, Fumio Kasagami. A Patient Transfer Apparatus Between Bed and Stretcher. IEEE TRANSACTIONS ON SYSTEMS, MAN, AND CYBERNETICS-PART.2008,38(1)60-67.

[11]李旭, 李光, 樂艷飛. 胡又佳醫(yī)療機器人研究的最新進展[J]. 機器人技術與應用, 2003年第4期 12-15.