医疗机器人技术发展及应用——以达芬奇手术机器人和胶囊机器人为例

（上海市回民中学，上海 200065）

0.引言

近年来，随着机器人技术的不断进步，医疗领域开始使用机器人相关技术并成为研究热点，医疗机器人也成为了人工智能研究的重要发展方向。医疗机器人的程序可以设定，并且在耐心、细心、疲惫等方面都优于人类医疗工作者，用处繁多，可用于移动病人、医用教学、临床医疗等，能够为医疗做出许多贡献，十分有发展前景，也会对相关技术进行推动，有很大的研究意义。

本文介绍了达芬奇机器人和胶囊机器人的设计理念、运用领域和技术优势，以及目前的缺陷问题和对医疗领域的影响，分析了机器人在医疗领域的发展会对人类造成的影响，对未来医疗机器人的发展及争论进行了展望。

1.医疗机器人

1.1 概述

医疗机器人是一种服务型机器人，结合了多种技术，种类繁多，经常被用于医院、诊所的医疗或辅助医疗和伤病员的救援、转运、手术和康复，在许多方面承担了繁重的工作量，给医疗领域带来重大的影响。它能依据实际情况确定动作程序，然后自己进行操作，也能够在手术或其他地方辅助医生进行治疗，准确性比人类高出很多。

1.2 医疗机器人发展历史及现状

医疗机器人的发展最早可以追溯到1985年，由美国加州的一家放射医学中心研发。其后，包括IBM公司在内的美国科技企业先后推出了协助外科手术的机器人系统。商业化的手术机器人最早用于微创手术，微创手术需要精密的操作，机器人在这方面有着天然的优势。机器人用于微创手术，既能提高手术精度，降低患者的痛苦，还能大大降低手术的成本。这也使得手术机器人能够在更大范围内得到应用[1]。

医疗机器人发展到现在已经取得了一定的进展，其中比较有代表性的是达芬奇机器人和胶囊机器人。达芬奇机器人如图1所示，是列奥纳多·达芬奇大约于1495年所设计的仿人型机械，现在技术非常成熟。达芬奇机器人包括3个部分：手术控制台、控制系统和机械臂，它能够通过使用微创的方法实施复杂的外科手术，例如普通外科手术和儿童外科手术等。医生坐在手术控制台上使用电脑发出指令。达芬奇机器人可以突破人手的局限，还可防止人手可能出现的抖动现象，并且创口微小，精确度很高，但缺点是操作相对复杂。

胶囊机器人如图2所示，全称为“磁控胶囊内镜系统”。医生可以通过软件实时精确操控体外磁场来控制胶囊机器人在胃内的运动，按照需要的角度拍摄照片。目前在全球应用非常广泛的胶囊机器人PhillCam2011传送高清图像的速度已经达到了14桢/s，服务的患者超过25万[2]。胶囊机器人的优势很明显，它触达的位置更加多和精细，操作方便，且因为体积小不会对病人产生传统胃镜那样的不适感。不过胶囊机器人的功效因人而异，不同人的肠胃会产生不同的拍照效果，目前还无法控制拍照质量。所以目前胶囊机器人的使用仅限于疾病诊断，还未真正用于手术。

图2 胶囊机器人

医疗机器人是机器人领域最活跃的部分之一，包括华志微创在内的几十家国内机器人企业也投入资金研发医疗机器人，多数企业获得了数千万级的融资，从侧面表明医疗机器人具有值得期待的市场前景。

1.3 医疗机器人对医疗行业的影响

在医学领域中，医疗机器人是非常具有技术前景和市场前景的产品，国内外需求都比较大。根据国际机器人联盟统计，全球医疗机器人市场总值正在迅速增长。结合目前风头正劲的互联网医疗概念，医疗机器人或将使医疗界产生重大的改变[3]。

机器人有着很多相比较于人类的优点，在医疗方面发展的潜力巨大，能带来很多好的影响。比如医疗机器人能够很快地进行医疗诊断，一个人类医生需要诊断成百上千个病例才能积累经验，但机器人可以扫描成百上千个案例并分析，极快地获取经验，有医疗机器人代替医生去诊断普通病人，资深的专家可以从繁琐的诊断中抽身，投身于疑难病症的研究中，加快医疗界的发展。

另外，人类在做了长时间的手术后会感到疲惫，从而影响到手术质量和安全，甚至可能出现重大的失误，手术台上的失误会对病人造成终身的影响，甚至失去生命，但是医疗机器人即使劳动强度再大不会感到疲惫，长时间的手术不会影响到它的状态，只是消耗寿命。

除此之外医疗机器人也可以承担护理病人的工作，如图3所示，例如在给病人做检查、更衣、送饭等，在医院外也有家庭护理的机器人。医院不再需要大量的医护人员，也会在一定程度上减缓医患矛盾。

图3 家庭护理机器人

当前，我国的老龄化现象非常严重，一方面年龄较大的人身体素质降低，有更大的伤残风险，年龄越大危险越大；另一方面，医疗机器人由于其智能性特点，能够跟踪患者的健康情况，并根据患者的恢复状况实时更新治疗方案，不仅减少了医护成本，也提升了治疗效率[4]。

在遇到重大疫情时，比如2020年年初爆发的新冠疫情中，面临医疗资源短缺，医疗机器人可以一定程度缓解医疗资源和人力短缺的情况。对于千篇一律的重复性操作，比如病毒检测、化验等，使用医疗机器人代替人力更高速、更精确，可以节约大量时间、节省人力，为抗疫做出巨大的贡献。

2.医疗机器人取代人造成的弊端

2.1 患者私人信息泄露

私人信息是患者的隐私，一旦私人信息泄露，会对患者造成很大危害：一些商业部门可以较容易地从中获取和利用患者信息进行大数据分析和处理，了解患者需要的药物和医疗设备，由此对患者进行大量营销，给患者的正常生活造成困扰。有的患者不能识破商业部门的营销套路，便会被欺骗购买他们所推销的产品，损失一大笔钱财，如果处理不当甚至可能恶化成医患矛盾。私人信息也可能包含有患者不愿让人知道的隐私，患者的隐私一旦暴露会伤到患者的自尊心；可能破坏患者的人际关系；可能会产生不必要的误会；也有可能会恶化成医患矛盾。大部分医疗工作人员可以遵守医德保护好患者的私人信息，但医疗机器人是被编写的程序，大量黑客很容易从中窃取患者信息，并且医疗机器人为了更好地进行治疗需要大量关于病人的数据，也增加了病人私人信息泄露的风险。

2.2 大量医疗员工失业

人类在学习能力和脑容量以及抗疲劳程度等方面远远不及人工智能，所以医疗机器人可以在护理病人、开药方等大量方面取代人类工作人员，随之产生的影响就是大量员工失业。并且机器人不止在医疗方面的职业可以取代人类，在成千上万的职业中都能够取代人类。失业会造成人力的浪费，使得人们没有稳定的收入去支持家庭或养活自己，缺少与人沟通的机会，人们一段时间离开工作后即使找到了新的工作也需要时间去适应，大量人员失业会对国家以及社会造成难以估计且难以恢复的影响。

2.3 患者缺少情感交流

人类拥有着七情六欲，也正因此拥有着同理心和善心，可以和患者进行交流，给予患者关爱，会尊重病人、照顾病人的感受。人类自古以来都出于群居的状态，长时间处于缺少情感交流的状态会对人的内心造成极大的痛苦，也会对人的精神状态造成不同程度的负面影响。医疗机器人是无情感的，它们的治疗更像是流水线的操作，会让病人长期处于缺少情感交流的状态。长期下来患者对医院治疗产生了担忧、反感、甚至厌恶的情绪，不再在生病时立刻想到去医院，而是想到去药店买药。有可能简简单单的头疼胃疼，都是绝症的早期表现，这样以来就耽误了治疗，形成恶性循环。不能只从生物学的角度把换着治疗好，患者心理学上的健康也是同样重要的。

2.4 失误的承担

目前没有出现能完全脱离人类的控制自行进行医疗的医疗机器人。人都会犯错，包括写下机器人复杂程序的工作人员。如果说医疗人员操纵机器人进行手术的过程中产生突发情况，造成了不可挽回的影响，可能是医疗人员的失误也可能是机器的故障。如果单纯是工作人员的失误的话责任很好评定，机器人程序员、院方、操作者、生产厂商等都可能被追究责任。但如果是医疗机器人的故障，它对患者造成的各方面损失由谁来承担很难评定，没有人可以确保医疗机器人手术是万无一失的。

和人一样，机器人也会出现错误，虽然理论上机器人出错几率比人低，但其错误带来的危险仍然可能是致命的。鉴于此原因，如何降低医疗机器人的故障率是首先应该解决的核心问题，因为一旦出错，很有可能降低人们对医疗机器人的信任，从而影响其长久的发展[5]。

3.展望

医疗机器人在许多方面都优于人类，越来越多的医院购买并使用医疗机器人是必然的趋势。要让医疗机器人更广泛地被运用，首先，要使得医疗机器人的种类更加丰富，可以对更多的病症起到帮助作用。现在机器人以及成功被运用于手术、外科检查、康复治疗等多个领域，为了使医疗机器人适应复杂的环境，需要使医疗机器人更加智能化，并且可以进一步减少手术创口大小，缩短手术所用时间。其次，现在医疗机器人的价格非常昂贵，需要寻找方法降低价格来使各地医院更容易接受。需要寻找成本更便宜，但又安全可靠不被排斥的材料，也是未来医疗机器人发展需要考虑的一个问题。

人和医疗机器人的协同工作也很重要。现在部分医疗机器人操作很困难，学习如何操作也很麻烦，未来需要寻找方法去降低学习与操作的难度来使其更容易被接受。要想让医疗机器人会更好地促进医疗领域的发展，必须寻找办法解决更多的缺陷[6]。

全球的科学家以及高科技企业都在致力于研究更加柔软、小巧、智能、安全的医疗机器人，相信未来随着医疗机器人技术的快速发展、整个医疗行业，甚至医生这个职业都会被重新定义。不过，在医疗机器人实现全面商业化之前，还需要有更多的技术等待攻关，以及随之而来的医疗机器人的伦理问题和发展等待解决。