智能吸痰机器人来了

文/本刊记者 郭潇雅

机械操作解放了护士，智能设计方便了患者，这款吸痰机器人在临床护理中大有可为。

众所周知，肺癌、重症肺炎、呼吸肌瘫痪、深度昏迷等患者无法自主咳嗽排痰，而及时有效的吸痰，能够维持其呼吸道通畅，减少呼吸道感染甚至挽救生命。因此，人工气道内的吸痰操作是挽救危重症患者的一项重要的护理操作。临床工作中危重症患者吸痰频率高，不仅极大增加了护理工作负担，还存在气道损伤的风险。如果有一款可代替手动吸痰的设备，其应用将大大缓解我国护理人员短缺的困境。

西安交通大学第一附属医院（以下简称“西交大一附院”）“外科梦工厂”团队在长期的临床调研发现，吸痰动作相对程序化，可由设备完成，符合智能操作的先决条件。该团队成员基于现有工业技术、软件编程技术及吸痰操作技术要点，创新性地研制了控制精准、安全性高、适合于吸痰操作的智能吸痰机器人，并在2019年陕西省科技工作者创新创业大赛决赛中勇夺金奖，成为西安交通大学唯一一项生物医药组金奖获得项目。

据了解，目前市场上无智能吸痰机器人同类型产品，产品核心技术指标全面超越，具有完全自主知识产权，性价比高。教育部科技查新工作站证实，设备核心技术在国内外具有创新性，填补了智能吸痰市场的空白。研发团队通过反复的体外试验和动物实验，验证了智能吸痰机器人吸痰操作的安全性和有效性。实现了个体化自动吸痰操作，在减少患者痛苦的同时，也减轻了临床护士的日常工作负担，实现了优质护理并向智能化精准医疗迈进。

智能吸痰机器人为我国自主医疗设备研发，医疗器械创业发展添上了浓墨重彩的一笔。

四年研发四代样机

“外科梦工场”是由西交大一附院吕毅教授带领团队于2010年6月成立的一个具有鲜明特色的“理工医协同创新研究平台”，主要从事手术及随访机器人系统、组织工程、分子生物学、新型生物材料在医学中应用的相关研究。西安交通大学先进外科技术与工程研究所、陕西省再生医学与外科工程研究中心、陕西本科高校省级人才培养模式创新实验区、精准外科与再生医学国家地方联合工程研究中心相继获批。

“外科梦工场”办公室主任马锋告诉记者，以临床问题为导向，以创新思维为灵魂，以理工医学科交叉融合为特色，以服务患者为宗旨，“外科梦工场”长期关注并研究用于临床实践、解决临床实际难题的外科新技术。智能吸痰机器人研发团队以“外科梦工场”机器人研究小组为主导，联合西交大一附院肝胆外科ICU、呼吸内科、神经内科、西安交通大学机械学院、陕西省机器人重点实验室等多学科、多部门共同协作完成。

“在设备研发前，我们首先查阅了国内外相关文献，发现尚无相关报道，本项目具有较强的创新性。随后，我们组织了呼吸内科、神经内科、重症监护室、机械学院等相关专家进行讨论，一致认为研发吸痰机器人非常有必要，且从工科角度可以实现。由此，我们便启动了吸痰机器人的研发。”马锋说道。

据介绍，具体的研发过程分为五步，一是临床数据采集阶段，从临床实际吸痰操作中，获取吸痰操作参数和操作要点，以此作为吸痰机器人结构设计、零件选型和编程的依据；二是吸痰机器人的设计，包括结构设计、程序编写两部分；三是样机研制阶段；四是改进阶段，对样机进行体外模拟、动物实验，验证样机的结构功能是否满足要求，根据情况进行改进；五是临床试用。

“期间的困难主要在于第二和第三阶段，也就是机器的设计和研制阶段。一方面是医生和工程师相互沟通需要磨合，另一方面用设备完全代替双手进行操作，难度较大，结构设计必须符合实际操作环境，设备加工也比较耗时。” 马锋对记者说。

在临床研究和设备研发团队通力合作下，2015年第一代智能吸痰机器人问世，在随后的四年中，“外科梦工场”团队又对其进行了更新换代，四年研发出了四代样机。目前版本的智能吸痰机器人包括操作端和控制端，与负压泵、吸痰管与人工气道的固定架、控制装置及吸痰需求报警装置构成智能吸痰系统。当检测到吸痰需求后，操作端依据控制端的指令，代替手动实现吸痰动作的仿真模拟。工作原理主要是运用滚轮传动体系，将吸痰管卡在两滚轮中央，由电机带动齿轮，从而带动滚轮转动，完成吸痰管的输送和退出等操作。

智能吸痰机器人填补了智能吸痰市场的空白。

效果良好值得推广

在智能吸痰机器人临床应用前，研发团队进行了大量的体外模拟实验和动物实验，以验证设备的安全性和有效性。例如，使用鸡蛋清模拟痰液，采用“高级模拟人”进行试验，该设备能顺利完成操作。多次试验表明，机器人吸痰和人工吸痰在单次吸痰量上无明显统计学差异，吸痰效率可靠。同时，动物实验得出，使用机器人进行吸痰后，无明显气道黏膜损伤，验证了吸痰机器人的安全性。因此，该设备虽然尚未应用于临床，但前期的模拟人实验和动物实验均取得了良好的结果。

马锋告诉记者，研究表明，传统吸痰的缺陷主要分为吸痰的时效性和有效性两大方面。具体表现为多数患者难以保证及时有效的吸痰。在繁忙的护理工作中，往往会忽视人工气道内的吸痰操作，每年因未能及时吸痰造成呼吸道梗阻加重病情，甚至导致死亡的患者大约有十万人；而即便进行吸痰操作，也因为护士年资差异、操作手法不同而导致吸痰效果难以保证，有时操作不当，甚至会造成气道损伤。

智能吸痰机器人的优势有三：首先，通过稳定的机械化操作，使得吸痰操作标准化、规范化、精准化、及时化，消除因操作原因导致的吸痰有效性和安全性不足的问题，极大弥补了传统吸痰术的缺陷；其次，机器人可根据患者情况，设置不同的吸痰参数，从而实现个体化吸痰操作，进一步保障吸痰的有效性；再次，机器人的出现可以减少护士工作强度，使护士能更好地完成其他护理工作。

马锋认为，智能吸痰机器人应用范围较广，主要用于长期进行机械通气需要频繁吸痰的患者，涉及各ICU科室和康复科等，也可用于全麻气管插管拔除后的常规吸痰操作，适用于各级医院、康复医院、养老院和家庭护理中，因而十分适合推广。

吕毅表示，在未来，“外科梦工厂”将继续优化吸痰机器人，实现与呼吸机、监护仪等设备的数据通讯。同时优化程序，使得吸痰机器人能够分析并处理接收到患者呼吸和心率的数据，自主判断是否启动吸痰操作，增加设备智能化程度。此外，还将进一步优化设备结构和外观，实现自动化、智能化、标准化吸痰操作。

据透露，除智能吸痰机器人外，“外科梦工厂”目前正在研发磁助血管吻合环、磁压榨胆肠、胰肠吻合器、肝移植术后随访机器人等高新医疗设备。“外科梦工厂”以变革传统的医学理念，深入学科交叉，扎根医工结合，助力我国高新医疗设备的自主研发，培育复合型医学创新人才。