醫(yī)用機(jī)器人的歷史、發(fā)展與技術(shù)淺析

王吉

哈爾濱思哲睿智能醫(yī)療設(shè)備有限公司 黑龍江哈爾濱 150000

1 醫(yī)用機(jī)器人的歷史

首次有機(jī)器人參與的外科手術(shù)記錄是在1985年，美國洛杉磯醫(yī)院的醫(yī)生使用Puma560完成了機(jī)器人輔助定位的神經(jīng)外科腦部活檢手術(shù)。但是Puma560是一款工業(yè)機(jī)器人，不能說是醫(yī)用機(jī)器人，此時(shí)還沒有醫(yī)用機(jī)器人這個(gè)概念。但是這是一個(gè)具有劃時(shí)代意義的開端。開創(chuàng)了手術(shù)機(jī)器人這一先河。20世紀(jì)80年代初，被譽(yù)為手術(shù)機(jī)器人之父的王友侖從加州大學(xué)圣芭芭拉分校（UCSB）計(jì)算機(jī)工程專業(yè)畢業(yè)，1989年開始研究“伊索”（AESOP）—一種可由手術(shù)醫(yī)師聲控的“扶鏡”機(jī)械手，以避免由于扶鏡手生理疲勞所造成的鏡頭不穩(wěn)定。1997年，伊索在比利時(shí)布魯塞爾完成了第一例腹腔鏡手術(shù)。伊索成為FDA批準(zhǔn)的第一個(gè)微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人，認(rèn)為是后續(xù)腹腔類手術(shù)機(jī)器人的鼻祖。1998年，伊索通過升級改造，進(jìn)化成宙斯（ZEUS）。ZEUS與AESOP相比，增加了內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，末端手術(shù)系統(tǒng)，控制主手系統(tǒng)等。通過患者腹部只有幾個(gè)筷子粗細(xì)的小切口供內(nèi)窺鏡和機(jī)械臂出入即可完成手術(shù)，手術(shù)機(jī)器人的的優(yōu)點(diǎn)微創(chuàng)極為突出。Intuitive Surgical公司在1999年研制成功達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人是目前全球最成功及應(yīng)用最廣泛的手術(shù)機(jī)器人。達(dá)芬奇代表著當(dāng)今手術(shù)機(jī)器人最高水平。達(dá)芬奇機(jī)器人由三部分組成：外科醫(yī)生控制臺、床旁機(jī)械臂系統(tǒng)、成像系統(tǒng)。相比宙斯而言，達(dá)芬奇機(jī)械臂更多，范圍更廣。末端手術(shù)系統(tǒng)更加靈活?？梢赃M(jìn)行泌尿外科，婦科，腹部外科等多種手術(shù)。具有創(chuàng)傷小，更靈活，術(shù)后恢復(fù)快等優(yōu)點(diǎn)。

2 醫(yī)用機(jī)器人的分類和發(fā)展

從Puma560到達(dá)芬奇，可以看成是醫(yī)用手術(shù)機(jī)器人的發(fā)展史。隨著越來越多的機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用到醫(yī)療領(lǐng)域，逐漸形成了醫(yī)用手術(shù)機(jī)器人概念。醫(yī)用手術(shù)機(jī)器人一般可以分為手術(shù)類，康復(fù)類，輔助類。

手術(shù)類：以達(dá)芬奇為代表的，可以在醫(yī)生的直接操作下或者是在軟件的規(guī)劃下，對人體進(jìn)行手術(shù)或者是輔助醫(yī)生手術(shù)。種類有達(dá)芬奇這樣的腹腔類手術(shù)機(jī)器人還有骨科手術(shù)機(jī)器人，神經(jīng)外科手術(shù)機(jī)器人，介入消融手術(shù)機(jī)器人等康復(fù)類：典型代表是外骨骼康復(fù)機(jī)器人，可以對人體進(jìn)行上肢和下肢的康復(fù)訓(xùn)練以及輔助殘障人士行走，除了外骨骼以外，還有細(xì)分的針對上肢或者下肢的康復(fù)訓(xùn)練器，也可以歸于醫(yī)用機(jī)器人范圍內(nèi)。

輔助類：如導(dǎo)診機(jī)器人，配藥機(jī)器人，還有新冠疫情期間的消毒機(jī)器人，核酸采集機(jī)器人等。都可以歸為輔助類[1]。

醫(yī)用機(jī)器人技術(shù)從開始的將工業(yè)機(jī)器人直接應(yīng)用到后來的重新研發(fā)。經(jīng)歷從無到有的一個(gè)過程。國內(nèi)也于2016年開始制定醫(yī)用機(jī)器人的標(biāo)準(zhǔn)。目前有兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)開始實(shí)施。目前醫(yī)用機(jī)器人技術(shù)向兩個(gè)方面發(fā)展，一是多元化，更多的醫(yī)用機(jī)器人被研發(fā)出來，適用更多的手術(shù)。二是智能化，目前市場上的醫(yī)用機(jī)器人是在醫(yī)生的直接操作下或者是在醫(yī)生的規(guī)劃下工作。高度依賴醫(yī)生，還不能完全替代醫(yī)生。國外實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)在開展智能醫(yī)用機(jī)器人研究工作，已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展。三是遠(yuǎn)程化，隨著5G的普及，實(shí)現(xiàn)了醫(yī)用機(jī)器人的遠(yuǎn)程操作，這樣一定程度解決了醫(yī)療資源不均衡的問題。比如北京的醫(yī)生可以身在北京，卻可以給西部地區(qū)的患者通過醫(yī)用機(jī)器人的遠(yuǎn)程操作來做手術(shù)。

3 醫(yī)用機(jī)器人技術(shù)淺析

3.1 醫(yī)用機(jī)器人優(yōu)點(diǎn)

醫(yī)用機(jī)器人的優(yōu)點(diǎn)有哪些？最主要的幾點(diǎn)是更精準(zhǔn)，創(chuàng)傷小，手術(shù)時(shí)間短。有人說人體是精密的儀器，但是有時(shí)跟機(jī)器人相比，人有很多的不足之處，這也是科學(xué)家研究醫(yī)用機(jī)器人的初衷。以達(dá)芬奇為代表。傳統(tǒng)的手術(shù)效果一般取決于醫(yī)生的技術(shù)，但是任何醫(yī)生在手術(shù)時(shí)不可避免遇到一個(gè)問題。人手會抖動，特別是長時(shí)間的手術(shù)，醫(yī)生體力的消耗。但是利用醫(yī)用機(jī)器人去手術(shù)，就可以消除人手的抖動問題。時(shí)手術(shù)器械更準(zhǔn)確的進(jìn)行手術(shù)[2]。

還有骨科（神經(jīng)）外科手術(shù)中，如何準(zhǔn)確的找到手術(shù)通道并保證手術(shù)準(zhǔn)確，以往都是靠醫(yī)生來判斷。但是應(yīng)用了醫(yī)用機(jī)器人，機(jī)器人可以準(zhǔn)確的找到通道并且能輔助器械準(zhǔn)確進(jìn)入組織。這樣自然帶來創(chuàng)傷小、手術(shù)時(shí)間短的優(yōu)點(diǎn)。

3.2 醫(yī)用機(jī)器人技術(shù)路線

如果說工業(yè)機(jī)器人是機(jī)械自動化的大成，那么醫(yī)用機(jī)器人就是學(xué)科之間的完美融合。是醫(yī)學(xué)和機(jī)械自動化的結(jié)合。醫(yī)用機(jī)器人一般有以下幾種技術(shù)路線：

遙操作手術(shù)，醫(yī)生通過主手等操作端，直接操作機(jī)器人進(jìn)行手術(shù)，機(jī)器人末端機(jī)器臂上安裝有多種手術(shù)器械。典型代表達(dá)芬奇，宙斯。輔助導(dǎo)航類。手術(shù)還是需要醫(yī)生操作。但是醫(yī)生所需要的手術(shù)通道由機(jī)器人來提供。一直這樣的通道是機(jī)器人在手術(shù)前通過三維重建等技術(shù)手段獲得。典型代表有天智航，華科精準(zhǔn)等公司的產(chǎn)品代替類。一般康復(fù)機(jī)器人采用此技術(shù)路線。醫(yī)生根據(jù)患者情況將程序設(shè)置好，就可以對患者進(jìn)行康復(fù)治療。此時(shí)不需要醫(yī)生。或者患者根據(jù)自身情況直接調(diào)用系統(tǒng)程序在家就可以進(jìn)行康復(fù)治療。

3.3 醫(yī)用機(jī)器人技術(shù)難點(diǎn)

醫(yī)用機(jī)器人是學(xué)科的融合，主要難點(diǎn)有標(biāo)準(zhǔn)的符合，材料的選擇，更加嚴(yán)格的安全要求，更小的尺寸要求等。

標(biāo)準(zhǔn)的符合：開始是沒有醫(yī)用手術(shù)人的概念的，所以也沒有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。任何的醫(yī)療設(shè)備都需要相關(guān)機(jī)構(gòu)的審批。所以如何使產(chǎn)品符合現(xiàn)有的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)這是一個(gè)難點(diǎn)。否則很難獲得審批材料的選擇，由于醫(yī)用機(jī)器人是應(yīng)用于手術(shù)室甚至是直接應(yīng)用于人體，所以在材料的選擇上一定要符合。這里涉及到很多的醫(yī)用材料，如醫(yī)用不銹鋼，醫(yī)用塑料，還有相關(guān)的粘接劑等等。

更加嚴(yán)格的安全要求：醫(yī)療設(shè)備的安全性相比工業(yè)機(jī)器人要求更嚴(yán)格，所以這需要在設(shè)計(jì)之初到生產(chǎn)制造要考慮和保證可靠性和安全性和若出現(xiàn)問題如何由醫(yī)生現(xiàn)場補(bǔ)救等。

更小的尺寸要求：由于醫(yī)用機(jī)器人應(yīng)用場景在手術(shù)室，部分醫(yī)用機(jī)器人需要進(jìn)入人體（如腹腔類和介入類），那么醫(yī)用機(jī)器人就需要更小的尺寸。不但是整體的外形尺寸需要緊湊，還需要一些微小部件，如達(dá)芬奇使用的傳動鋼絲繩只有0.45毫米。末端器械直徑只有8毫米。對設(shè)計(jì)和加工都是一種挑戰(zhàn)[3]。

4 結(jié)語

科技在進(jìn)步，世界發(fā)生著日新月異的變化。醫(yī)用機(jī)器人一定會發(fā)展的更好，為人類做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。