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跨学科前沿系列(一)

医用机器人火爆,人机融合可期

2018-04-20 01:05:17 来源:健康报

  □记者 王潇雨


  随着各学科领域技术不断突破,临床科研面临一场全新变革。信息学、工程学、生物学正在医疗领域交叉汇聚,不断拓展人类探索生命的边界。以医用机器人、纳米、线粒体等技术为代表的一大批医疗科学创新成果屡屡见诸顶级科研期刊封面。目前,我国在这些领域进展如何?将有哪些发力方向?

  医用机器人,特别是手术机器人被称为机器人领域的“高富帅”。作为高度技术密集型机器系统,其研发需要工程、器械、医学、信息等领域跨界合作,投资大、研发周期长。伴随着硬件产品和人工智能技术的快速迭代,医用机器人研发与应用呈并进之势。外科手术机器人、康复服务机器人正在从实验室走向临床诊治和公众生活。

 手术机器人花开临床

  精准定位脑血肿位置,抽吸快速清除;对不适合药物治疗的帕金森患者实施微创治疗;对功能性颅脑疾患如三叉神经痛进行治疗。目前,一款应用于神经外科的手术机器人在北京天坛医院、海军总医院等已使用一年多,辅助实施手术超过百例。

  “它的核心优势在于,微创手术创口仅两毫米,系统定位误差小于1毫米,手术平均30分钟,且在局部麻醉情况下完成。患者术后观察1天~2天就可以出院。”北京航空航天大学机器人研究所王田苗教授介绍,这款手术机器人由虚拟手术规划软件系统、实时摄像头标定算法和自动机械臂三部分组成,可以分别比做医生的脑、眼、手。借助机械臂末端的操作平台,医生可以实施活检、抽吸、毁损、植入、放疗等12类操作,用于脑出血、脑肿瘤、帕金森、癫痫等近百种疾病的手术治疗。北京积水潭医院与天智航合作开发的骨科机器人在全国20多家医疗机构安装30多台骨科手术机器人系统,截至2017年12月,已累计完成3700多例手术。

  据了解,以中科院深圳先进技术研究院、哈尔滨工业大学、北京航空航天大学、上海交通大学等为代表的研发团队,联合北京、深圳、重庆、苏州等地医院研发的多型手术机器人,诸如腹腔微创手术机器人、经皮穿刺介入系统等已进入临床试验。

  机器人手术在临床上正遍地开花。解放军总医院肝胆外二科刘荣团队走得比较靠前。今年3月18日,他们迎来了机器人肝胆胰手术突破2000例。

 康复机器人发展空间大

  医用机器人包括微创手术、智能康复、医用送药、脏物处置、物流配送服务机器人等。有数据显示,目前医用机器人中,手术机器人占比达60%,急救机器人、外骨骼机器人、辅助康复机器人等占比较小。

  “康复机器人发展空间巨大,目前全球该领域正以每年超过20%的增长率发展。”中科院自动化所复杂系统管理与控制国家重点实验室侯增广介绍,该团队已完成腕关节康复机器人的研制,可用于辅助中风等导致的手部运动功能障碍。

  侯增广分析,传统康复训练方法劳动强度大、费用高,且设备功能单一、效果一般,而这正是康复机器人的优势领域。国际经验显示,外骨骼和脑机交互等技术是发展方向。“我国有2472万肢体残疾人群,其中仅有36.7万人得到康复训练机构的服务,且心脑血管、肿瘤、肢体骨折等住院患者一半以上需要康复治疗。预计中国的康复机器人市场可达100亿元。”

 国产化需医工深度融合

  价格贵是医用机器人的“槽点”。德国汉堡科学院院士张建伟认为,加快国内自主产品开发,该问题将得到改善。与国际相比,我国的优势在于智能硬件制造速度快、迭代周期短,同时我国需求大,更为重要的是,医生配合度高,这些都是医工深度融合的有利条件。应制定鼓励交叉合作的政策,形成医生、康复师、工程师深度融合的工作机制。

  “目前,全球医用机器人市场美国占主导。在全球排名前十的公司中,美国占8家。”苏州大学机电工程学院院长孙立宁指出,医用机器人与智能装备是中国制造2025的重点方向,我国已在医用机器人方面具有很好的人才、技术基础。“需要政府引导、资本支持、企业努力、研发团队争气、医生敢想敢试,多方共同努力,打通研发、注册、生产、销售的全链条。”

 医生从执行者变为决策者

  刘荣指出,随着人工智能和互联网技术的飞速发展,医生在现有能力的基础上要完成角色转变。智能时代的医生需要从操作者变成监督者,从实施者变成决策者。这需要在大量技术积累的前提下,提高创新能力。

  王田苗则指出,生物传感器、可穿戴感知设备、便携式基因检测设备、生物组织3D打印、不同医疗专科智能机器人系统、智能假肢等研发,这些远景实现的基础就是医工深度融合并且工程科学技术先行。

  天津大学副校长王树新描绘了一幅手术机器人未来发展的“钻石图”:在医生和患者之间,借助人机交互和生命科学、智能硬件的结合,在智能、准确、精密、柔软、微小、感知、灵巧、稳定、远程9个方向实现突破。

  “目前的人工智能以代码形式存在于虚拟世界或固定数据之上,将来会扩展到躯体并延伸至物理世界,有望发展出能够改变生命本身的技术。当然,有科学家认为这一过程至少需要一个世纪。”张建伟同时强调,“任何新技术都存在风险与挑战,相关科研必须以人为本,未来的人工智能系统不能是黑匣子,必须透明可解释。人类要了解机器决策的来源和过程,从而使之成为帮助人类解决复杂重复工作的助手,而不是取代人类的超强机器。”

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