醫(yī)療機器人的應(yīng)用優(yōu)勢及其在診療領(lǐng)域的設(shè)計創(chuàng)新

汪 靜

（湖北三峽職業(yè)技術(shù)學院機電工程學院，湖北 宜昌 443000）

當前的時代背景下，互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)了“萬物互聯(lián)”在這一過程中，“互聯(lián)網(wǎng)+人工智能”的浪潮席卷全球，滲透到了各個領(lǐng)域。在醫(yī)療領(lǐng)域中，以人工智能和互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)為基礎(chǔ)的醫(yī)療機器人得到了廣泛的應(yīng)用。所謂的醫(yī)療機器人是指具有醫(yī)務(wù)人員救護的簡單思維，能夠獨立自編制簡單操作診斷計劃，依據(jù)實際情況確定診療救護程序，然后把動作變?yōu)轭愃漆t(yī)務(wù)人員的操作行為，并廣泛用于醫(yī)院診所的醫(yī)療或輔助醫(yī)療的智能型服務(wù)機器人。醫(yī)療機器人的出現(xiàn)轉(zhuǎn)變了傳統(tǒng)的以醫(yī)護人員為主，醫(yī)療儀器維護的診療模式。當前醫(yī)療機器人技術(shù)的發(fā)展越發(fā)成熟，在診療領(lǐng)域逐漸發(fā)揮出了不可替代的作用，并且有著廣闊的發(fā)展前景。通過醫(yī)療機器人的應(yīng)用優(yōu)勢分析，以及醫(yī)療機器人在診療領(lǐng)域中的設(shè)計創(chuàng)新應(yīng)用，能夠發(fā)揮醫(yī)療機器人的價值，更好地促進醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)的發(fā)展，從而滿足當前時代下人們對醫(yī)療衛(wèi)生服務(wù)的需要。

1 醫(yī)療機器人的發(fā)展歷程

從20世紀80年代開始，機器人領(lǐng)域就開始向醫(yī)療領(lǐng)域發(fā)展，世界上第一臺由機器人完成的手術(shù)是1983年，加拿大，溫哥華開發(fā)和使用的Arthrobot機器人，這是一種髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)機器人，在手術(shù)中取得了巨大的成功，由此拉開了機器人在醫(yī)療領(lǐng)域中應(yīng)用的序幕。2006年5月，意大利完成了第一臺無人操作的機器人手術(shù)；而在2008年6月，德國航空航天中心開發(fā)出了第一個擁有力反饋的微創(chuàng)手術(shù)機器人系統(tǒng)；2010年9月盧布爾雅那大學醫(yī)務(wù)中心進行了一次股骨脈管系統(tǒng)機器人手術(shù)，這是第一次真正利用機器人獨立操作，在手術(shù)中沒有復刻人手的動作，而是在按鈕按下之后自行操作完成手術(shù)。從美國的達芬奇手術(shù)機器人獲得美國FDA認證以來，全球手術(shù)機器人市場范圍內(nèi)處于壟斷地位，其開發(fā)的最新型號機器人在中國市場售價高達3，000萬元人民幣，并且每一年都要收取高昂的維護費用，此外其耗材價格也居高不下。

相較于發(fā)達國家，我國的醫(yī)療機器人發(fā)展起步相對較晚，在醫(yī)療機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展中也存在一系列問題。首先我國的醫(yī)療機器人整體發(fā)展水平較低，醫(yī)療機器人是當下服務(wù)型機器人中較為尖端的領(lǐng)域之一，具備較強的技術(shù)性，而由于我國醫(yī)療機器人技術(shù)發(fā)展起步較晚導致技術(shù)壁壘和資質(zhì)壁壘較高，加之醫(yī)療機器人技術(shù)主要集中在北美，我國市場上的主流機器人，幾乎全部由外國生產(chǎn)。這使得我國機器人的相關(guān)產(chǎn)業(yè)存在技術(shù)薄弱，與外國機器人發(fā)展存在較大差距。除此之外，我國的醫(yī)療機器人研究，主要集中在高校或一些醫(yī)療研究所，產(chǎn)學研脫節(jié)現(xiàn)象嚴重，科技成果很難轉(zhuǎn)化為實際應(yīng)用。另一方面，政策的引導以及扶持力度的不完善，弱化了醫(yī)療機器人的進一步應(yīng)用和研究。當前在我國的醫(yī)療機器人行業(yè)標準方面尚缺乏完善統(tǒng)一的標準，同時在產(chǎn)業(yè)的準入和監(jiān)管方面，對于醫(yī)療機器人的分類等級高，注冊審批的周期遠遠長于發(fā)達國家，總體上存在普及率低，應(yīng)用商業(yè)化不足等。

隨著我國對醫(yī)療機器人的研究與應(yīng)用不斷深化，當前正值醫(yī)療機器人發(fā)展的黃金時期，國家在政策上積極進行布局，加大支持力度，另一方面，醫(yī)院以及民眾對于機器人手術(shù)的認可度越來越高。由于我國醫(yī)療市場潛力巨大，醫(yī)院需求缺口大，越來越多的醫(yī)療機構(gòu)和研究所以及高校對醫(yī)療機器人行業(yè)表現(xiàn)出了濃厚的興趣，逐漸形成了良好的技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)應(yīng)用氛圍。這些利好因素的出現(xiàn)，為推動我國醫(yī)療機器人在診療領(lǐng)域中的應(yīng)用與創(chuàng)新提供了良好的基礎(chǔ)。

2 醫(yī)療機器人的應(yīng)用優(yōu)勢分析

2.1 應(yīng)用醫(yī)療機器人有利于減少醫(yī)療事故的發(fā)生

根據(jù)約翰霍普金斯大學的研究表明，在醫(yī)療領(lǐng)域中，醫(yī)療事故是導致死亡的三大原因之一，并且僅次于癌癥和心臟病，每年約有25萬患者因各類醫(yī)療事故而失去生命。對于醫(yī)生來說，醫(yī)療過程中無論多么的仔細，無論多么的精確難免會存在錯誤，尤其是長時間手術(shù)時，醫(yī)生的腦力達到了極限，不可避免會產(chǎn)生疲勞，這更會加大犯錯的概率，使得錯誤不可避免?；谶@些因素，將機器人應(yīng)用于診療領(lǐng)域中能夠發(fā)揮機器人超人的視覺感知，以及機器人對于事物三維空間位置的感知，更好地發(fā)現(xiàn)病灶的所在，從而提高診療的質(zhì)量。不僅如此，醫(yī)療機器人應(yīng)用于治療的過程中還擁有人類手臂無法達到的控制能力，機器人可以將控制能力達到微妙級別，這是傷口保持條件允許下的最小范圍。與醫(yī)生長時間工作容易產(chǎn)生疲勞的客觀情況不同的是，機器人不會疲勞，做完成千上萬次手術(shù)之后，仍然不需要時間來休息和睡覺，更能將每一次手術(shù)的過程記錄下來，對數(shù)據(jù)進行分析，使每一次的控制都更加精確，更能夠提高診療效率，從而在根本上避免醫(yī)療事故的發(fā)生，降低醫(yī)療事故發(fā)生的概率。

2.2 醫(yī)療機器人能夠在工作中創(chuàng)造無菌環(huán)境

在醫(yī)療工作中無菌環(huán)境是對環(huán)境的基本要求。以往的醫(yī)療工作中對于無菌環(huán)境的創(chuàng)造條件較為苛刻，并且維護成本相對較高，而醫(yī)療機器人的出現(xiàn)可以更好地創(chuàng)造無菌環(huán)境。在工作中通過醫(yī)療機器人對任何空間都能夠進行快速有效的系統(tǒng)化消毒，并且這一過程能夠?qū)崿F(xiàn)全自動。醫(yī)療機器人能夠通過超強的紫外線照射殺毒消滅環(huán)境中的微生物，相較于其他消毒設(shè)備，能夠更好地對微生物的細胞造成破壞，從而從根本上減少病菌的數(shù)量。在這一過程中，機器人依然不需要像人類那樣進行間歇性的休息，極大提高了工作的效率。

2.3 機器人的應(yīng)用能夠極大提高醫(yī)院的工作效率

醫(yī)院工作繁復而雜亂，需要具備較高的系統(tǒng)整合能力。將機器人應(yīng)用于醫(yī)院的診療能夠在各個方面提高醫(yī)療的效率。具體來說，機器人的應(yīng)用能夠在醫(yī)院的分診、康復、搬運、外科手術(shù)等各個方面發(fā)揮作用，從而提高效率。

在醫(yī)院的分診環(huán)節(jié)中，借助機器人的幫助能夠提高分診效率和分診的體驗。以軟銀公司開發(fā)的“papper”機器人為例，該機器人內(nèi)置20種語言識別，除了能夠理解語言之外，配備機器人還能夠檢測診療的對象，無論是男性女性還是兒童，機器人都能夠根據(jù)其目標的性別、年齡和訴求做出準確的反饋，從而幫助患者走到正確的科室接受就診。這一過程中通過機器人的應(yīng)用實現(xiàn)了人群的分流，使得每一位患者都能夠準確而快速的接受治療。另一方面應(yīng)用類似的機器人還可以幫助或輔助治療。例如對于兒童患者來說，兒童對于手術(shù)可能會存在不同程度的恐懼，而采用“陪伴機器人”，能夠在其幫助下克服兒童患者對手術(shù)的恐懼感，與此同時也能夠幫助人類從單調(diào)的重復工作中解放出來。

在醫(yī)療康復領(lǐng)域，機器人也能夠發(fā)揮極大的作用。例如波士頓機器人公司與哈佛大學共同研究的“Rewalk”機器人，能夠幫助行動不便或需要輪椅的患者實現(xiàn)直立和行走。這一套機器人系統(tǒng)為人們的日常使用和設(shè)計，同時還可以針對不同患者的情況進行量身定制，與此同時Rewalk康復還專為臨床環(huán)境設(shè)計出了機器人。在使用的過程中機器人不僅可以幫助患者實現(xiàn)獨立行走，還能夠在每一次獨立行走的過程中記錄患者的各項數(shù)據(jù)，醫(yī)生通過對這些數(shù)據(jù)進行分析，了解患者康復的狀況，在此基礎(chǔ)上對患者的診療方案進行調(diào)整，從而更好地加快患者的康復。

在搬運效率方面，醫(yī)療機器人還可以用于醫(yī)院的后勤保障工作。以“Aethon TUG”機器人為例，該機器人不僅能夠承擔醫(yī)院的日常后勤保障工作，同時也能夠充當醫(yī)院的后勤搬運工。該機器人每次能夠攜帶多達453公斤的醫(yī)療藥品也可以搬運醫(yī)療廢物和垃圾箱等等，同時還可以充當醫(yī)院的移動藥房和移動設(shè)備間。如此，高效率的搬運工作，極大減輕了人類的負擔。與此同時，醫(yī)療機器人在這一過程中可以全天候24小時的工作，減輕了夜班醫(yī)務(wù)人員的負擔，也可以使醫(yī)務(wù)人員有更多的時間陪伴患者，而不是用來運輸醫(yī)療用品。醫(yī)療衛(wèi)生藥品以及后勤保障的效率提高了，能夠給患者提供更好的醫(yī)療服務(wù)。

在外科手術(shù)方面機器人也發(fā)揮著重要的作用，以達芬奇外科手術(shù)機器人為例，這是當下醫(yī)療市場上的知名手術(shù)機器人，被廣泛地應(yīng)用于各種微創(chuàng)手術(shù)中。這種類型機器人結(jié)合了機器人技術(shù)、3D視覺技術(shù)以及人機交互控制系統(tǒng)在醫(yī)療手術(shù)和診療領(lǐng)域中成為醫(yī)生的得力助手。當前達芬奇機器人手術(shù)系統(tǒng)被應(yīng)用于前列腺癌和腎癌手術(shù)、腫瘤切除手術(shù)，甲狀腺和肝部手術(shù)等等。當前，全球已經(jīng)有4500多個達芬奇機器人系統(tǒng)用于各種微創(chuàng)手術(shù)的臨床中。在手術(shù)進行過程當中，醫(yī)生通過攝像頭來控制機器人，這樣的方式能夠?qū)⒉≡罘糯蟊堵?，能夠看清增加大小的區(qū)域，同時更為直觀的手部控制動作，能夠使醫(yī)生以更好的彎曲度和旋轉(zhuǎn)度來提高控制的精準度和靈巧性。通過達芬奇機器人系統(tǒng)在外科手術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用，極大地避免了傳統(tǒng)醫(yī)療中的弊端，同時也能在手術(shù)的過程中記錄數(shù)據(jù)，為手術(shù)的進一步優(yōu)化提供數(shù)據(jù)支持，從而更好地改進技術(shù)提高治療的效率和質(zhì)量。

3 醫(yī)療機器人在診療領(lǐng)域的設(shè)計創(chuàng)新應(yīng)用

3.1 醫(yī)療服務(wù)機器人

醫(yī)療領(lǐng)域中的診療環(huán)節(jié)是一個復雜的過程，不僅僅需要對患者的病情進行診斷，與此同時還需要一系列的服務(wù)與輔助工作。例如在進行醫(yī)療診斷的過程中，需要一些較為專業(yè)且復雜的設(shè)備來輔助支持，在這一過程中醫(yī)療服務(wù)機器人的作用。具體來說機器人主要發(fā)揮著搬運以及服務(wù)等各類重復而沉重的工作，并在這一過程中提高效率。在醫(yī)療工作開展的過程中，醫(yī)療機器人可以輔助護士來完成醫(yī)療器械的搬運以及投遞工作，在這一過程中醫(yī)療機器人能夠有較強的負重能力，并且在長時間工作之后也不需要休息。從而為醫(yī)生的診斷工作提供必要的支持。

3.2 醫(yī)療手術(shù)機器人

外科手術(shù)是手術(shù)機器人應(yīng)用的重要場所，根據(jù)不同的手術(shù)需要選擇相應(yīng)的手術(shù)機器人，能夠更好地提高醫(yī)療的效果。例如在肝臟腫瘤診斷以及治療的過程中，可以用肝臟腫瘤微波消融機器人來實現(xiàn)診斷和治療。該種類型的機器人安裝在具有輪子和支撐臺的操作臺上，整個機器人的控制系統(tǒng)安裝在操作系統(tǒng)的內(nèi)部，機器人的5個自由度有飼服電機驅(qū)動，支撐角的運動利用直線步進電機實現(xiàn)。在控制的過程中，通過基于PLC的分散控制，由操作盒單片機、PLC、工程機、PMAC的運動控制卡組成。在完成手術(shù)的過程中，醫(yī)療機器人整體運行更為穩(wěn)定可靠，功能也更加強大，與此同時在系統(tǒng)中加入抗干擾處理，例如采用雙電池原模進行供電，根據(jù)被控對象的動作編寫相應(yīng)的程序，使得機器人能夠在更小的精度上實現(xiàn)精準控制，從而提高像素的效果。

3.3 醫(yī)療康復機器人

醫(yī)療康復機器人的應(yīng)用領(lǐng)域，主要是外骨骼康復機器人。一些腦損傷引起的偏癱或運動功能障礙的患者，給家庭和社會帶來了沉重的負擔，在幫助患者康復的過程中，正確且科學地進行康復訓練，能夠使患者起到很好的恢復和提高作用。但神經(jīng)康復治療過程艱巨且復雜，目前主要依靠康復醫(yī)師對患者進行一對一的手工操作和主觀臨床經(jīng)驗，對患者的肢體活動進行評估，這在一定程度上限制了患者康復水平的提升。而康復醫(yī)療機器人在這一領(lǐng)域中的應(yīng)用為康復技術(shù)的開辟提出了新的途徑?？祻蜋C器人系統(tǒng)對于肢體運動障礙的患者提供了各種訓練方式及訓練，主要分為主動運動，被動運動和輔助運動等。通過機器人的輔助運動，能夠使患者依靠自身的肌肉力量實現(xiàn)對各個關(guān)節(jié)的活動與控制。在這一過程中，機器人還可以記錄患者每一次運動的狀態(tài)和各項關(guān)鍵的數(shù)據(jù)，然后為醫(yī)師的治療提供必要的數(shù)據(jù)支持，使醫(yī)師對患者的評估更加合理，提出更為科學的康復診療方案，這一過程也充分發(fā)揮了機器人在診療中的輔助作用。

4 結(jié)語

綜上所述，隨著工業(yè)技術(shù)以及人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展，在信息化時代，醫(yī)療機器人在診療領(lǐng)域發(fā)揮出了重要作用。在診療領(lǐng)域中具有極強的優(yōu)勢，通過對其優(yōu)勢進行分析以及醫(yī)療機器人的診療應(yīng)用，探討能夠更好地發(fā)揮其優(yōu)勢，促進醫(yī)療機器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，從而不斷提高診療的質(zhì)量和效率，提高醫(yī)療效果從而滿足人們對醫(yī)療衛(wèi)生服務(wù)的需求。