令人惊艳的医用机器人

周路菡

由于医用机器人在手术的准确性、可靠性和精准性上远远超过了外科医生，医用机器人正在得到越来越多的应用。目前医用机器人已经在脑神经外科、心脏修复、胆囊摘除手术、人工关节置换、整形外科、泌尿科手术等方面得到了广泛的应用，同时医用机器人也在不断开创新的应用范围，向其它领域广泛延伸。中国的相关企业也在加紧研制各种手术機器人及其辅助设备、耗材，努力打破目前医用机器人技术和市场被国外产品垄断的局面。未来，医用机器人将向医疗行业的各个领域渗透，产生巨大的价值。

医用机器人是机器人中的佼佼者

医用机器人是从医学的需求发展而来的。医用机器人，是指用于医院、诊所的医疗或辅助医疗的机器人。是一种智能型服务机器人，它能独自编制操作计划，依据实际情况确定动作程序，然后把动作变为操作机构的运动。

事实上，医用机器人有一个非常宽泛的概念，可以说用于医疗领域的机器人或者机器人化设备都可以叫做医用机器人。医用机器人和传统机器人相比有自己的内涵，像辅助医生的工作、扩展医生的能力，这些都是我们所希望医用机器人应具有的能力。而医用机器人作动的对象是人，是医生手里的工具，可以辅助医生诊断、治疗、康复和日常护理。由于技术复杂，受众明确，所以其安全、实用性、稳定性和交互性都比一般的机器人要求高。

比如对于安全性，为患者完成手术，所以对于医用手术机器人的安全性方面提出了更高的要求，安全和有效是医用机器人最重要的特征，也是医用机器人的实质内涵。

此外医用机器人也需要具有良好的交互性。即医用机器人可以执行所输入的各种命令，并且具有多种模式识别功能。机器人也会根据现场出现的各种场景做出判断和处理。机器人配备的各种各样、无处不在、形状各异的传感器，以及融合人工智能、大数据的云计算平台，他们可以变得越来越聪明，为实际的治疗和诊断过程提供各种解决方案。

此外，现代手术更需要手术机器人的协助。现代手术已经进入到了微创时代，微创手术的成功不仅依赖于技术精湛的外科大夫，也依赖于医生手里优良的手术工具。从开放手术到普通腹腔镜手术，再到机器人腹腔镜手术，微创技术的需求牵引推动了机器人技术在这方面的应用。随着机器人产业的不断发展，医疗机器人的发展逐渐受到全球更多高度关注。

目前，美国已经把手术治疗机器、假肢机器人、康复机器人、心理康复辅助机器人、个人护理机器人、智能健康监控系统定为未来发展的六大研究方向。欧洲计划将建立“Robotics for Health-care”网络，促进医疗机器人在欧洲的发展和应用。

据 Winter Green Research 报告，医用机器人领域最受关注的是手术机器人，其市场规模在 2016 年为 70亿美元，到2021 年，全球手术机器人市场规模预计将达到 200 亿美元。报告表示目前北美市场目前为最大市场，而由于政府医疗投入加大，医疗系统重组和人们对微创手术意识加强，未来市场重心将逐渐往亚洲市场转移。并且，伴随着下一代设备、系统和器械的发布，手术机器人将从目前的大型开放手术，覆盖到身体中的微小部分。

医用机器人开始用于临床治疗

医用机器人扩展了大夫的视野，增加了手术的准确性、灵活性和操控性。医用机器人的分类目前主要分为手术机器人、康复机器人、医用服务机器人和智能设备。

据悉，世界上第一款手术机器人出现在脑外科手术领域，是用工业型的机器人实现手术导航。其中骨科手术机器人的研究也比较早，从上世纪八十年代就开始研究和应用。典型的系统如美国的ROBODOC、瑞典的PinTrace以及德国的CASPAR等都有较好的应用。

以色列的Mazor Robotics公司的SpineAssist由以色列海法理工学院 Moshe Shoham 教授主持开发的产品。SpineAssist 在2004年得到FDA认证。第二代产品已在全球100多个医疗机械使用，其中一半在美国，主要用于活检、重建手术、脊柱侧弯矫正、脊椎融合术等精细手术。独有的3D规划软件可以帮助医生绘制手术流程图，并根据事先设定的方案操控机械。SpineAssist已经在中国市场销售，但价格较为昂贵。

以色列MedRobotics公司的Flex Robotic System，即著名的“机器蛇”，由海法理工学院的 Alon Wolf 团队发明，它能抵达医生视线无法观察的身体位置，例如头部和颈部的一些组织。当机器蛇锁定位置后，医生不仅能观察病灶，还能借助其设备实施一些高难度的手术。这项专利已于2014年、2015年分别通过欧盟和美国的审批。

以色列的Microbot Medical则推出了爬型机器人ViRob和TipCAT。据悉，ViRob 是一种微型的爬型机器人，可以将摄像机、药物或器材运送到身体细窄弯曲的部位，如血管、消化道等，协助医生实行微创手术。TipCAT是一种有自助力的内窥镜，可以灵活地在人体的结肠、血管中运行。

目前手术机器人商业化做的最好的就是美国直觉外科公司（Intuitive Surgical）生产的达芬奇腹腔镜手术机器人，截止到2016 年6 月 30 日，达芬奇系统全球累计安装 3745 台，其中美国有 2474 台，美国之外地区有 1271 台。2016 年上半年共安装 240 台，美国本土 153 台，美国之外地区 87 台；其中通过经营租赁方式的比重有所增加，在 2016年上半年安装的 240 台中共有 34 台为租赁的形式。完成达芬奇机器人手术案例数量：截止到2016 年上半年，全球共完成达芬奇手术300 万例，其中 2015 年全球共 65.2 万例，同比增长 14%。2016 年上半年全球达芬奇手术案例增长幅度大约为 16%，美国之外的增长幅度大约为 23%。

在中国，2006年第一台达芬奇手术机器人系统被引进到了中国人民解放军301医院。2016年被引进到中国各大医院的达芬奇手术机器人数量达到了59台，成了中国顶级医院的必备器械之一。代理销售达芬奇手术机器人的复星医药也因此赚的盆满钵满。

据美国达·芬奇机器人手术系统制造商Intuitive Surgical统计，浙江大学医学院附属第一医院蝉联2016年全球单台机器人手术量的冠军，达到了888台，比2015年创造的世界纪录又提升了52台。目前，浙大一院开展机器人手术的科室包括肝胆胰外科、妇科和肾脏病中心等。手术涉及的病种涵盖了肺癌、肝癌和肾脏移植等。

除了手术领域，另外一个最主要的领域就是康复和助力机器人，以色列的ReWalk产品也拿到了FDA的认证，现在市值已经达到三十多亿美元，典型的还有日本的HAL和美国的HULC机器人。ReWalk是一款可穿戴仿生腿支架，由轻质材料制成。有了ReWalk，下身瘫痪者可不必再使用轮椅，能够再次行走起来。ReWalk由电池供电，受先进的腕戴控制器控制，该控制器可检测和引导穿戴者的走动。该设备在美国也获得了FDA（美国食品与药物管理局）的批准，被美国前总统奥巴马等人赞誉为“改变人生的”设备。

国内医用机器人突破国外垄断

目前，医用机器人领域主要还是国外产品占据垄断地位，这也导致国内普及率低。由于技术和市场的垄断，也使得医用机器人的购置费用高、手术成本高、维护费用高。一台达芬奇外科手术设备美国本土的销售价格在 60 万到 250 万美元之间，但由于达芬奇机器人的技术和市场被国外制造厂商垄断，买到国内的价格在2000 万人民币左右。除此之外，机器人的机械臂是一种高值耗材，使用时是临时安装到机器人上面，每条机械臂使用 10 次后便不能继续使用，机械臂的价格在美国从 700 美元到3200 美元不等，国内大概每条 10 万人民币。达芬奇外科手术设备每年的服务协议在 10 万美元到17 万美元之间。

所以中国国内研究人员正在加紧研制各种手术机器人及其辅助设备、耗材。從长远看，当前的手术机器人技术和市场的垄断地位可能被打破，手术机器人使用成本的下降是必然趋势。

国内的医用机器人的创业企业主要针对手术机器人更多一些。比如北京柏惠维康（北航背景）主打产品为Remebot神经外科手术机器人，哈尔滨思哲睿（哈工大背景）研发的微创外科手术机器人，天津妙手机器人（天津大学背景）研发的妙手S微创手术机器人，以及ROBO医疗机器人（哈工大背景）研发的单孔手术机器人。除此之外，重庆金山和北京天智航也推出了手术机器人。但是这些手术机器人如前所述，大多数企业长期处于研发或者临床试验阶段。

海军总医院与北京航天航空大学联合开发的机器人系统 CRAS（Computer and Robot Assisted Surgery，CRAS）是国内手术机器人系统的先行者。目前，CRAS 机器人系统已经发展到了第七代，系统无论是在操作、性能、网络技术还是在定位精确性、手术确切性方面，都较前代有了明显提升。CRAS 机器人系统选用 PUMA260、262 机器人作为系统辅助操作的执行机构。第一代机器人于 1997年 5 月首次应用于临床。第二代 1999 年研制成功，实现了无框架立体定向手术。第五代机器人除了前四代机器人的特点外，自动定位功能更加先进，实现了视觉自动定位，使手术误差更小，手术操作更加快捷安全。该系统能通过互联网实施远程操作手术。

妙手机器人是国内首台微创外科手术机器人。据悉，“妙手 S”系统较国外同类产品有三点技术优势，第一是运用了微创手术器械多自由度丝传动解耦设计技术，解决了运动耦合问题，固定、防滑、防松，更有利于精度保持。第二是实现了从操作手的可重构布局原理与实现技术，使机器人的“胳膊”更轻，更适应手术的需要。第三是运用系统异体同构控制模型构建技术，解决了立体视觉环境下手-眼-器械运动的一致性。据了解，“妙手 S”外科手术机器人系统将有望在2017年内投产。

2016年4月，北京柏惠维康科技有限公司获得数千万元人民币的A轮融资，投资方为真格基金、乾祥海泉投资（胡海泉）、雅瑞天使。该公司经过18年的技术积累，于2015年推出了新一代的Remebot神经外科手术机器人。据悉，Remebot从实验室的样机到手术台的产品走过了18年历程。Remebot以2毫米的微创，进入大脑这一“生命禁区”，抵达病灶靶点，定位精度达1毫米，通过其精确的导航定位，医生可以实施活检、抽吸、毁损、植入、放疗等12类术式，平均耗时30分钟，术后观察三天即可出院。Remebot给神经外科手术带来了新的变革。它的出现，为脑出血、脑囊肿、癫痫、帕金森病等十余类神经外科疾病患者，带来新的希望。

北航研制的骨科手术机器人也获得了CFDA认证，2006年的时候完成了北京到延安之间的远程骨科手术。此外哈工大在腹腔镜、骨科、介入手术等领域开展研究，中科院自动化所、沈阳所、深圳院等在血管介入、骨科等领域开展研究，天津大学在腹腔镜、显微外科等领域开展研究，北京理工大学在软组织穿刺、颅颌面外科等领域开展研究，复旦、浙大等也都在医用机器人方面开展了研究，取得了一系列的成果。

最近，上海闵行区政府与上海交通大学准备建立医用机器人先进技术研究院。英国皇家工程院院士杨广中教授将领衔担任“医用机器人先进技术研究院”院长，上海交大将充分发挥跨学科的优势，由生物医学工程学院牵头，整合机械与动力工程学院、电子信息与电气工程学院、材料学院等的科研力量；联动上海交通大学医学院及附属瑞金、仁济等13家三级甲等医院的医科力量，构建产学研用协同创新机制，共同推进研究院建设和医用机器人产业发展。

机器人将向医疗行业广泛渗透

由于机器人在手术的准确性、可靠性和精确性上大大超过了外科医生，机器人技术在医疗手术领域具有广泛的应用前景。国外已经取得了长足的发展和很好的临床应用，在一些领域，如机器人辅助正骨、介人式诊断、辅助显微手术、辅助康复等有着巨大的应用价值。国外的医学研究生已经开始系统地开展相关课程的学习。随着技术的发展，医用机器人必然向医疗行业的各个领域渗透，将涵盖包括外科手术、医院服务、助残、家庭看护和康复等所有层面，开创临床医学的新天地，如各种类型的手术机器人、机器人手术专用工具、医院服务自主车辆系统、虚拟培训系统、智能轮椅、智能康复设备等。

据悉，抽血机器人、手术机器人、远程医疗机器人、医学AI“助理”、AR、VR、Exoskeletons（外骨骼）、食物扫描仪和打印机、数字纹身、便携式诊断设备将是未来医用以其人领域研发的重点。

比如由意大利圣安娜高等学校的CRIM实验室开发的爬行摄像胶囊机器人，就是其中被广泛关注的产品。按照设计，这个机器人可携带摄像机，通过有弹性的“腿”爬进患者的消化道，替代传统内窥镜进行检查。它可用来检查食管、胃和十二指肠内部的损伤或溃疡情况。

远程医疗可以帮助解决偏远地区居民就医难问题。所以远程医疗机器人特别受到重视。美国国家工程学院院士王友仑被誉为“手术与远程医疗机器人之父”，他创办的InTouch Health公司发明的RP-7i 和 RP-VITA机器人让医生使用 iPhone 登录 RP-VITA 后就进行远程诊疗操作。医生用这款机器人与听诊器、耳镜和超声扫描仪相连接，机器人配备了一个相机和一个屏幕，使患者和远方的医生都能看到对方，医生还可以通过机器人观察病人，向病人询问病情，检查心跳及脉搏，甚至进行X射线透视。病人可以通过屏幕看见医生，同时向医生询问病情。

随着中国进入老龄化社会，能搬运重物的医用肌肉机器人将得到重视。比如RI-MAN机器人是由日本名古屋理研生物模拟控制研究中心开发的医用搬运工模型。RI-MAN机器人身高158厘米，重100公斤，它不仅有柔软、安全的外型，手臂和躯体上还有触觉感受器，使它能小心翼翼地抱起或搬动患者。未来，RI-MAN机器人能取代护工去照顾老人或体弱多病者。

另外，能为患者清洁身体的护理机器人，帮助患者喂饭的进食辅助机器人，能进行送餐、送药、整理患者的床单和脏餐盘，收集医院的废物的辅助机器人，都在研发之中。当你在未来某时刻看到医院里到处都是机器人时，请尽量淡定，因为一个机器社会和人的社会相互融合的社会已经来临。