智能吸痰機(jī)器人來了

文/本刊記者 郭瀟雅

機(jī)械操作解放了護(hù)士，智能設(shè)計(jì)方便了患者，這款吸痰機(jī)器人在臨床護(hù)理中大有可為。

眾所周知，肺癌、重癥肺炎、呼吸肌癱瘓、深度昏迷等患者無法自主咳嗽排痰，而及時(shí)有效的吸痰，能夠維持其呼吸道通暢，減少呼吸道感染甚至挽救生命。因此，人工氣道內(nèi)的吸痰操作是挽救危重癥患者的一項(xiàng)重要的護(hù)理操作。臨床工作中危重癥患者吸痰頻率高，不僅極大增加了護(hù)理工作負(fù)擔(dān)，還存在氣道損傷的風(fēng)險(xiǎn)。如果有一款可代替手動(dòng)吸痰的設(shè)備，其應(yīng)用將大大緩解我國(guó)護(hù)理人員短缺的困境。

西安交通大學(xué)第一附屬醫(yī)院（以下簡(jiǎn)稱“西交大一附院”）“外科夢(mèng)工廠”團(tuán)隊(duì)在長(zhǎng)期的臨床調(diào)研發(fā)現(xiàn)，吸痰動(dòng)作相對(duì)程序化，可由設(shè)備完成，符合智能操作的先決條件。該團(tuán)隊(duì)成員基于現(xiàn)有工業(yè)技術(shù)、軟件編程技術(shù)及吸痰操作技術(shù)要點(diǎn)，創(chuàng)新性地研制了控制精準(zhǔn)、安全性高、適合于吸痰操作的智能吸痰機(jī)器人，并在2019年陜西省科技工作者創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽決賽中勇奪金獎(jiǎng)，成為西安交通大學(xué)唯一一項(xiàng)生物醫(yī)藥組金獎(jiǎng)獲得項(xiàng)目。

據(jù)了解，目前市場(chǎng)上無智能吸痰機(jī)器人同類型產(chǎn)品，產(chǎn)品核心技術(shù)指標(biāo)全面超越，具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，性價(jià)比高。教育部科技查新工作站證實(shí)，設(shè)備核心技術(shù)在國(guó)內(nèi)外具有創(chuàng)新性，填補(bǔ)了智能吸痰市場(chǎng)的空白。研發(fā)團(tuán)隊(duì)通過反復(fù)的體外試驗(yàn)和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了智能吸痰機(jī)器人吸痰操作的安全性和有效性。實(shí)現(xiàn)了個(gè)體化自動(dòng)吸痰操作，在減少患者痛苦的同時(shí)，也減輕了臨床護(hù)士的日常工作負(fù)擔(dān)，實(shí)現(xiàn)了優(yōu)質(zhì)護(hù)理并向智能化精準(zhǔn)醫(yī)療邁進(jìn)。

智能吸痰機(jī)器人為我國(guó)自主醫(yī)療設(shè)備研發(fā)，醫(yī)療器械創(chuàng)業(yè)發(fā)展添上了濃墨重彩的一筆。

四年研發(fā)四代樣機(jī)

“外科夢(mèng)工場(chǎng)”是由西交大一附院呂毅教授帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)于2010年6月成立的一個(gè)具有鮮明特色的“理工醫(yī)協(xié)同創(chuàng)新研究平臺(tái)”，主要從事手術(shù)及隨訪機(jī)器人系統(tǒng)、組織工程、分子生物學(xué)、新型生物材料在醫(yī)學(xué)中應(yīng)用的相關(guān)研究。西安交通大學(xué)先進(jìn)外科技術(shù)與工程研究所、陜西省再生醫(yī)學(xué)與外科工程研究中心、陜西本科高校省級(jí)人才培養(yǎng)模式創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)區(qū)、精準(zhǔn)外科與再生醫(yī)學(xué)國(guó)家地方聯(lián)合工程研究中心相繼獲批。

“外科夢(mèng)工場(chǎng)”辦公室主任馬鋒告訴記者，以臨床問題為導(dǎo)向，以創(chuàng)新思維為靈魂，以理工醫(yī)學(xué)科交叉融合為特色，以服務(wù)患者為宗旨，“外科夢(mèng)工場(chǎng)”長(zhǎng)期關(guān)注并研究用于臨床實(shí)踐、解決臨床實(shí)際難題的外科新技術(shù)。智能吸痰機(jī)器人研發(fā)團(tuán)隊(duì)以“外科夢(mèng)工場(chǎng)”機(jī)器人研究小組為主導(dǎo)，聯(lián)合西交大一附院肝膽外科ICU、呼吸內(nèi)科、神經(jīng)內(nèi)科、西安交通大學(xué)機(jī)械學(xué)院、陜西省機(jī)器人重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等多學(xué)科、多部門共同協(xié)作完成。

“在設(shè)備研發(fā)前，我們首先查閱了國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)，發(fā)現(xiàn)尚無相關(guān)報(bào)道，本項(xiàng)目具有較強(qiáng)的創(chuàng)新性。隨后，我們組織了呼吸內(nèi)科、神經(jīng)內(nèi)科、重癥監(jiān)護(hù)室、機(jī)械學(xué)院等相關(guān)專家進(jìn)行討論，一致認(rèn)為研發(fā)吸痰機(jī)器人非常有必要，且從工科角度可以實(shí)現(xiàn)。由此，我們便啟動(dòng)了吸痰機(jī)器人的研發(fā)?！瘪R鋒說道。

據(jù)介紹，具體的研發(fā)過程分為五步，一是臨床數(shù)據(jù)采集階段，從臨床實(shí)際吸痰操作中，獲取吸痰操作參數(shù)和操作要點(diǎn)，以此作為吸痰機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、零件選型和編程的依據(jù)；二是吸痰機(jī)器人的設(shè)計(jì)，包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、程序編寫兩部分；三是樣機(jī)研制階段；四是改進(jìn)階段，對(duì)樣機(jī)進(jìn)行體外模擬、動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證樣機(jī)的結(jié)構(gòu)功能是否滿足要求，根據(jù)情況進(jìn)行改進(jìn)；五是臨床試用。

“期間的困難主要在于第二和第三階段，也就是機(jī)器的設(shè)計(jì)和研制階段。一方面是醫(yī)生和工程師相互溝通需要磨合，另一方面用設(shè)備完全代替雙手進(jìn)行操作，難度較大，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須符合實(shí)際操作環(huán)境，設(shè)備加工也比較耗時(shí)?！?馬鋒對(duì)記者說。

在臨床研究和設(shè)備研發(fā)團(tuán)隊(duì)通力合作下，2015年第一代智能吸痰機(jī)器人問世，在隨后的四年中，“外科夢(mèng)工場(chǎng)”團(tuán)隊(duì)又對(duì)其進(jìn)行了更新?lián)Q代，四年研發(fā)出了四代樣機(jī)。目前版本的智能吸痰機(jī)器人包括操作端和控制端，與負(fù)壓泵、吸痰管與人工氣道的固定架、控制裝置及吸痰需求報(bào)警裝置構(gòu)成智能吸痰系統(tǒng)。當(dāng)檢測(cè)到吸痰需求后，操作端依據(jù)控制端的指令，代替手動(dòng)實(shí)現(xiàn)吸痰動(dòng)作的仿真模擬。工作原理主要是運(yùn)用滾輪傳動(dòng)體系，將吸痰管卡在兩滾輪中央，由電機(jī)帶動(dòng)齒輪，從而帶動(dòng)滾輪轉(zhuǎn)動(dòng)，完成吸痰管的輸送和退出等操作。

智能吸痰機(jī)器人填補(bǔ)了智能吸痰市場(chǎng)的空白。

效果良好值得推廣

在智能吸痰機(jī)器人臨床應(yīng)用前，研發(fā)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了大量的體外模擬實(shí)驗(yàn)和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，以驗(yàn)證設(shè)備的安全性和有效性。例如，使用雞蛋清模擬痰液，采用“高級(jí)模擬人”進(jìn)行試驗(yàn)，該設(shè)備能順利完成操作。多次試驗(yàn)表明，機(jī)器人吸痰和人工吸痰在單次吸痰量上無明顯統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，吸痰效率可靠。同時(shí)，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)得出，使用機(jī)器人進(jìn)行吸痰后，無明顯氣道黏膜損傷，驗(yàn)證了吸痰機(jī)器人的安全性。因此，該設(shè)備雖然尚未應(yīng)用于臨床，但前期的模擬人實(shí)驗(yàn)和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)均取得了良好的結(jié)果。

馬鋒告訴記者，研究表明，傳統(tǒng)吸痰的缺陷主要分為吸痰的時(shí)效性和有效性兩大方面。具體表現(xiàn)為多數(shù)患者難以保證及時(shí)有效的吸痰。在繁忙的護(hù)理工作中，往往會(huì)忽視人工氣道內(nèi)的吸痰操作，每年因未能及時(shí)吸痰造成呼吸道梗阻加重病情，甚至導(dǎo)致死亡的患者大約有十萬人；而即便進(jìn)行吸痰操作，也因?yàn)樽o(hù)士年資差異、操作手法不同而導(dǎo)致吸痰效果難以保證，有時(shí)操作不當(dāng)，甚至?xí)斐蓺獾罁p傷。

智能吸痰機(jī)器人的優(yōu)勢(shì)有三：首先，通過穩(wěn)定的機(jī)械化操作，使得吸痰操作標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化、精準(zhǔn)化、及時(shí)化，消除因操作原因?qū)е碌奈涤行院桶踩圆蛔愕膯栴}，極大彌補(bǔ)了傳統(tǒng)吸痰術(shù)的缺陷；其次，機(jī)器人可根據(jù)患者情況，設(shè)置不同的吸痰參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)個(gè)體化吸痰操作，進(jìn)一步保障吸痰的有效性；再次，機(jī)器人的出現(xiàn)可以減少護(hù)士工作強(qiáng)度，使護(hù)士能更好地完成其他護(hù)理工作。

馬鋒認(rèn)為，智能吸痰機(jī)器人應(yīng)用范圍較廣，主要用于長(zhǎng)期進(jìn)行機(jī)械通氣需要頻繁吸痰的患者，涉及各ICU科室和康復(fù)科等，也可用于全麻氣管插管拔除后的常規(guī)吸痰操作，適用于各級(jí)醫(yī)院、康復(fù)醫(yī)院、養(yǎng)老院和家庭護(hù)理中，因而十分適合推廣。

呂毅表示，在未來，“外科夢(mèng)工廠”將繼續(xù)優(yōu)化吸痰機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)與呼吸機(jī)、監(jiān)護(hù)儀等設(shè)備的數(shù)據(jù)通訊。同時(shí)優(yōu)化程序，使得吸痰機(jī)器人能夠分析并處理接收到患者呼吸和心率的數(shù)據(jù)，自主判斷是否啟動(dòng)吸痰操作，增加設(shè)備智能化程度。此外，還將進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)備結(jié)構(gòu)和外觀，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化、標(biāo)準(zhǔn)化吸痰操作。

據(jù)透露，除智能吸痰機(jī)器人外，“外科夢(mèng)工廠”目前正在研發(fā)磁助血管吻合環(huán)、磁壓榨膽腸、胰腸吻合器、肝移植術(shù)后隨訪機(jī)器人等高新醫(yī)療設(shè)備?！巴饪茐?mèng)工廠”以變革傳統(tǒng)的醫(yī)學(xué)理念，深入學(xué)科交叉，扎根醫(yī)工結(jié)合，助力我國(guó)高新醫(yī)療設(shè)備的自主研發(fā)，培育復(fù)合型醫(yī)學(xué)創(chuàng)新人才。