医疗服务机器人现状与展望

胡洋洋 张文强

医疗服务机器人现状与展望

胡洋洋 张文强

医疗服务机器人是指用于医院、诊所的医疗或辅助医疗以及健康服务等方面的机器人，主要用于患者的救援、医疗、康复或健康信息服务，是一种智能型服务机器人。随着我国进入老龄化，医疗、护理和康复的需求不断增加，同时由于人们对生活品质追求的提高，使得医疗不管在质上还是量上都要满足更高水准的要求。另一方面，医护人力相对缺乏，医疗及健康服务机器人具有巨大的发展潜力。

根据功能和用途的不同，本文着重从康复机器人、手术机器人和健康管理机器人三个方面进行综述。

康复机器人

康复机器人是近年来兴起的一种运动神经康复治疗技术，属于医疗机器人的一个重要分支。康复机器人不仅提供了有效的治疗手段和完善的评估方案，而且为深入研究人体运动康复规律，以及大脑与肢体的控制、影响关系提供了另一种有效途径。

使用机器人辅助治疗可以提高效率和训练强度，比常规的治疗手段更有潜力。目前，国际上众多的研究机构和康复机构都争相在神经康复机器人方面进行开发和产品化研究。机器人辅助神经康复和运动训练已经成为康复技术最主要的发展趋势。

具有代表性的康复机器人有华盛顿大学开发的7个自由度的上肢康复机器人CADEN-7，可以实现肩部的伸/屈、旋内/外、大臂旋转、肘屈/伸、前臂转动、腕关节屈/伸、外展/内敛等。基于内置的数据库管理，定义日常生活活动中上肢的运动学和动力学参数，通过工作空间分析、关节运动范围，并结合考虑上肢的生理学和解剖学特点，实施康复训练方案。

瑞士皇家理工学院与 Balgrist大学附属医院合作开发的6个自由度上肢康复机器人ARMin，能够实现整机的上下平动、肩旋内/外、大臂转动、肘屈/伸、肩部屈/伸、前臂转动等运动。随后又与Ljubljana大学合作研制的ARMinII，增加了腕关节屈/伸运动，实现了7个自由度运动，并且为患者提供重力补偿，协助肩关节和肘关节进行复合运动。

虚拟现实是康复机器人应用中的一项重要技术，利用物联网搭建的虚拟环境，部分或全部去掉现实中的真实环境，利用传感即运动跟踪技术实现用户与虚拟世界的交互。虚拟现实技术为康复治疗提供了重复练习、成绩反馈、维持动机三个关键环节的技术手段，设置合理的虚拟环境及有效的信息反馈，患者可以对自身状况进行客观评估，从而大大提高了康复训练的效果。

为了实现感觉信息的神经反馈，康复机器人需要实时获取接触、握力、温度等感觉信息，然后把这些信息通过适当的方式反馈给患者大脑，将患者的主观运动意识与客观获取的感觉信息融合。如何实现感觉信息的精确神经反馈是康复机器人进一步研究亟需解决的问题。肢体运动神经分布重建是核心技术之一，将残留的臂丛神经移植到人体肌肉（靶点肌肉）或者吻合到替代神经从而实现对缺失运动功能信号源的重建。

三种手术技术特点的比较

比如，对于肩部截肢者，将残留臂丛神经移植到胸部肌肉，经过数月的生长，臂丛神经便会在胸部肌肉内重建。当截肢者通过“意识”做幻影手臂的某一动作时，运动指令会通过臂丛神经传递至胸部肌肉并引起胸部肌肉收缩。采集胸部肌肉的表面肌电信号并解码分析，就可预测截肢者的手臂运动意图，实现对多自由度假肢的神经控制。外骨骼机器人与穿戴者有着紧密联系，机器人必须准确、快速地判断穿戴者的运动意图并做出决策。

手术机器人

手术机器人是一种智能化的手术平台，已广泛应用于临床多个学科，典型的有泌尿外科，比如前列腺切除术、肾移植、输尿管成形术等；妇产科，比如子宫切除术、输卵管结扎术等；普通外科，比如胆囊切除术等。最具影响力的是达芬奇机器人，具有三维成像、触觉反馈和宽带远距离控制等功能，被认为是手术机器人最成功的典范。上表以腹腔镜手术为例，对手术机器人与传统手术的技术和功能进行了比较。

达芬奇公司通过其手术机器人和3D模拟技术获得最新的操作数据和反馈信息，通过改进和完善，不断推出最新机型，让后来者很难跟上其研发脚步。

达芬奇机器人功能较多，相应的售价也很贵，国内大概是 2000 多万元人民币，再加上昂贵的维护和售后服务等费用，让国内中小型医院和专科医院望而却步。

未来的手术机器人可以从个性化功能需求出发，突出细分化领域应用。按照手术流程可大到机体外科手术、小到简单伤口缝合，从功能和技术差异性角度突破达芬奇机器人的垄断局面，比如手术定位和导航机器人，直到更强大的人工智能DIY 医用机器人平台和智能化 OR系统。

健康管理机器人

受益于医疗应用在移动智能设备上的普及，移动医疗类健康管理产品迎来了一个重大契机。基于中西医理论的健康管理机器人受到了格外重视，以中医为例，上海中医药大学和复旦大学联合开发了中医人工智能机器人，不仅将原本依赖于医生主观判断的中医面诊、舌诊和脉诊技术精准化，还利用深度学习技术来分析名中医积累的经验信息，使中医宝库在高科技时代更好地传承。

中医智能机器人专注于中医的“望、闻、问、切”，具有鲜明的中国特色，其主要功能为面诊、舌诊、问诊及脉诊。首先通过机器人的视觉采集人体的面像和舌像，通过机器手或手环采集人体的脉搏，利用先进的计算机视觉、机器学习、人工智能和深度学习算法，智能判读人体的面像、舌像和脉搏数据，再结合问诊信息，最后通过中医医理模型推断人体的整体健康体质类型，并根据具体情况提供个性化的康复建议，包括保健原则、饮食药膳、起居养生、穴位按压、中医功法和音乐疗法等。

作者单位：复旦大学机器人智能实验室

稿件来源：《中国人工智能学会通讯》编辑部

本栏目由中国人工智能学会协办