深度解析醫療機器人發(fā)展現狀與應用前景

　　根據波士頓咨詢(xún)的預計，現在每年醫療機器人的營(yíng)收是40億美元，2020年將達到114億美元，成為第二大機器人市場(chǎng)。本文為新智造推出的醫療機器人專(zhuān)題的第一篇，梳理醫療機器人的歷史發(fā)展軌跡，從而窺探未來(lái)市場(chǎng)的無(wú)限可能。新智造作為旗下欄目，關(guān)注智能時(shí)代的創(chuàng )新與創(chuàng )造，目標是找到值得創(chuàng )業(yè)和投資的機會(huì )。后續我們還將帶來(lái)行業(yè)玩家、資本以及初創(chuàng )企業(yè)等更多關(guān)于醫療機器人的報道，敬請期待。

　　醫療機器人這種叫法可能有點(diǎn)誤導，會(huì )讓人聯(lián)想到獨立操作預編程任務(wù)，而無(wú)需監督的機器。這樣的應用在工業(yè)上很流行，但在處理人體任務(wù)時(shí)，人的技能也是非常重要的。

　　一般認為，醫療機器人應該是醫療器械，但又不同于醫療器械。它能夠輔助醫生，擴展醫生的能力，智能水平也會(huì )不斷增長(cháng)，同時(shí)也要滿(mǎn)足以下三個(gè)方面：醫用性、臨床適應性以及良好的交互性。

　　醫療機器人在最近幾十年才開(kāi)始被使用，但他們的存在感正在急劇加強。

　　根據波士頓咨詢(xún)的預計，現在每年醫療機器人的營(yíng)收是40億美元，2020年將達到114億美元。這其中最知名的醫用機器人公司Intuitive Surgical在2014年的營(yíng)收就達到了21億美元。而得益于醫用機器人的快速增長(cháng)，未來(lái)商業(yè)機器人會(huì )取代軍用機器人，成為第二大機器人市場(chǎng)，市值達到170億美元。

　　醫療行業(yè)對機器人感興趣的原因很多，這可以與制造業(yè)中采用自動(dòng)化機械的原因作比較。這不是說(shuō)醫療機器人解決的問(wèn)題是一樣的，但所帶來(lái)的益處無(wú)疑是相似的。機器人為行業(yè)帶來(lái)的好處，可能比最專(zhuān)業(yè)和最勤奮的醫療工作者更多，主要包括速度、準確性、可重復性、可靠性和成本效益。一個(gè)機器人不管用得多久，都不會(huì )疲勞，它在第一百次使用時(shí)的準確性，也與第一次使用時(shí)一樣。

　　就目前來(lái)說(shuō)，醫療機器人主要分為以下幾類(lèi)：

　　外科手術(shù)機器人：可用于手術(shù)影像導引和微創(chuàng )手術(shù)，多數由外科醫生控制，醫生掌握輸入設備，機器人按指令在患者身上操作。

　　康復機器人：用于輔助和治療老年、永久或臨時(shí)的殘疾患者以及行動(dòng)不便的人群，用戶(hù)通過(guò)視覺(jué)反饋和各種輸入設備控制機器人，從而執行簡(jiǎn)單的任務(wù)，例如將食物放在口中，或翻書(shū)，或站立和行走等。

　　醫用服務(wù)機器人：常見(jiàn)形式是在醫院中運輸類(lèi)移動(dòng)機器人，用于取藥或分配藥物，還有消毒和殺菌機器人等，可以解決醫院工作人員供不應求的問(wèn)題，分擔一些沉重而繁瑣的工作。

　　實(shí)驗室機器人：用于進(jìn)行本藥或進(jìn)行重復性的實(shí)驗，比如艾滋病毒檢測，可以節省時(shí)間，為其他目的騰出人力，主要普及原因是能夠以高速，可靠和無(wú)疲勞的方式執行重復任務(wù)。

　　當然，上面的分類(lèi)不一定能涵蓋所有醫療用的機器人，其它還有用于陪伴的情感類(lèi)機器人，它們可以幫助治療癡呆癥和認知障礙，也能用于康復類(lèi)型的家庭護理。

　　據統計，目前手術(shù)機器人占比最高，在六成以上。這主要利益于它發(fā)展的較早，實(shí)用性和效果最為顯著(zhù)。不過(guò)隨著(zhù)機器人和人工智能類(lèi)技術(shù)的發(fā)展，康復和服務(wù)機器人也在迎頭追趕。下文中會(huì )重點(diǎn)介紹手術(shù)機器人的歷史。

　　一項技術(shù)的起源往往植根于其前身的優(yōu)勢和劣勢，而對于手術(shù)機器這，這位前者就是腹腔鏡手術(shù)。

　　腹腔鏡設備本身無(wú)法提供觸覺(jué)反饋(力和觸覺(jué))，也沒(méi)法讓手眼實(shí)現自然協(xié)調和靈巧操作。在觀(guān)看二維視頻監視器的同時(shí)移動(dòng)腹腔鏡儀器，也有些違反直覺(jué)。另外，操作時(shí)儀器要與顯示器上所瞄準目標相反的方向移動(dòng)。這些都讓腹腔鏡的優(yōu)點(diǎn)難以發(fā)揮，而為了克服這些限制，也就推動(dòng)了手術(shù)機器人的發(fā)展。

　　手術(shù)機器人的首次使用，是1985年的PUMA 560，它可以精確控制神經(jīng)外科活檢。三年后的1988年，PUMA 560被用在了前列腺手術(shù)中。該系統也促成了PROBOT的出現，它是一個(gè)專(zhuān)門(mén)為前列腺手術(shù)設計的系統。

　　在PROBOT開(kāi)發(fā)的同時(shí)，Integrated Surgical Supplies也在開(kāi)發(fā)另一款機器人。1992年ROBODOC誕生，這一機器人可協(xié)助外科醫生進(jìn)行了全髖關(guān)節置換手術(shù)，它也是第一個(gè)獲得FDA批準的手術(shù)機器人。

　　同樣是在20世紀80年代中后期，美國國家航空航天局NASA的Ames研究中心的一組成員在研究虛擬現實(shí)技術(shù)時(shí)，對使用這種技術(shù)開(kāi)發(fā)遠程呈現(telepresence)手術(shù)生起了興趣。這種遠程外科手術(shù)的概念也成為手術(shù)機器人發(fā)展背后的主要動(dòng)力之一。

　　在90年代初，Ames團隊的幾位科學(xué)家加入了斯坦福研究所SRI。與SRI的其他機器人以及虛擬現實(shí)專(zhuān)家合作，這些研究者開(kāi)發(fā)了一種用于手術(shù)的靈巧的遠程手術(shù)操作器。他們的主要設計目標之一，是給外科醫生提供直接在患者身上進(jìn)行手術(shù)的感覺(jué)，而不是像在其它房間做手術(shù)。

　　在開(kāi)發(fā)這些機器人的過(guò)程中，一些普通外科醫生和內鏡醫師也加入了開(kāi)發(fā)團隊，并意識到，這些系統在改善常規腹腔鏡手術(shù)的局限性方面具有很大的潛力。

　　另一方面，美軍也注意到了SRI的工作，并對通過(guò)遠程呈現“將外科醫生帶到受傷士兵身邊”，降低戰時(shí)死亡率的可能性很感興趣。在美軍資助下，研究人員設計了一種系統，其中受傷的士兵會(huì )被放入配備了機器人手術(shù)設備的車(chē)輛中，然后由附近的移動(dòng)高級外科醫院(MASH)的外科醫生遠程操作手術(shù)。

　　這套系統備受期待，很可能防止士兵在到達醫院前過(guò)度失血，從而減少戰時(shí)死亡率。該系統已經(jīng)在動(dòng)物模型上取得成功，但還沒(méi)經(jīng)過(guò)實(shí)際戰場(chǎng)傷員護理測試。

　　后來(lái)，幾位為在美軍開(kāi)發(fā)手術(shù)機器人系統的外科醫生和工程師，成立了一家商業(yè)公司Computer Motion，開(kāi)始將機器人技術(shù)引入民用手術(shù)領(lǐng)域。值得注意的是，這家公司獲得了美軍的種子資金，并開(kāi)發(fā)出了自動(dòng)內窺鏡優(yōu)化定位系統(AESOP)，這是一種由外科醫生控制的機器人手臂，用于操縱內窺鏡攝像機。

　　AESOP上市后不久，Integrated Surgical Systems公司(也就是現在的Intuitive Surgical)獲得了SRI Green Telepresence Surgery手術(shù)系統的授權。然后他們對該系統進(jìn)行了廣泛的重新設計，并最終成為了達芬奇手術(shù)系統。2000年，達芬奇機器人獲得FDA批準，成為第一個(gè)綜合腹腔鏡手術(shù)機器人系統。

　　達芬奇手術(shù)系統主要包括三個(gè)部分：手術(shù)控制臺、控制系統以及機械臂。醫生坐在手術(shù)控制臺上對電腦做出相應的指令，攝像頭提示人體器官里面的相應情況，醫生依據這些反饋信息做出手術(shù)決策。

　　在達芬奇誕生后的一年中，Computer Motion的Zeus系統也投入生產(chǎn)。手術(shù)機器人系統此后一段時(shí)間的發(fā)展，基本由上述兩家公司主導。此后在2003年，Intuitive Surgical收購了Computer Motion，Zeus系統也不再積極銷(xiāo)售。

　　手術(shù)的發(fā)展一樣，其它類(lèi)型的機器人，如假肢和外骨骼等，也有了巨大的進(jìn)步。