侯小麗 馬明所

1鄭州澍青醫(yī)學(xué)高等?？茖W(xué)校 （ 鄭州 450064）

2鄭州市第十九中學(xué) （ 鄭州 450000）

醫(yī)療機(jī)器人技術(shù)是集醫(yī)學(xué)、生物力學(xué)、機(jī)械學(xué)、機(jī)械力學(xué)、材料學(xué)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、計(jì)算機(jī)視覺、人工智能、數(shù)學(xué)分析、機(jī)器人等諸多學(xué)科為一體的新型交叉研究領(lǐng)域，有著廣泛的應(yīng)用前景，是目前機(jī)器人領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)，包括被應(yīng)用在以診斷、治療、康復(fù)、護(hù)理和功能輔助為主的醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的機(jī)器人。下面介紹部分醫(yī)療機(jī)器人的研究現(xiàn)狀及發(fā)展方向。

1.外科手術(shù)機(jī)器人

外科手術(shù)機(jī)器人即內(nèi)窺鏡手術(shù)器械控制系統(tǒng)，人類歷史上第一次應(yīng)用手術(shù)機(jī)器人可以追溯到上世紀(jì)80年代[1]，由于其無可比擬的優(yōu)越性，自誕生之日起就得到了快速而穩(wěn)定的發(fā)展。目前，外科手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)開始進(jìn)入發(fā)展成熟期，如Computer Motion公司的ZEUS等[2]。隨著當(dāng)前科學(xué)技術(shù)日新月異的發(fā)展，外科機(jī)器人將引領(lǐng)微創(chuàng)外科進(jìn)入一個(gè)嶄新的時(shí)代：1）研究能更好地應(yīng)用于軟組織外科的手術(shù)機(jī)器人；2）開發(fā)具有觸覺反饋功能的操作系統(tǒng)和操作器械；3）開發(fā)小型化、專門化、低成本的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)；4）趨向于智能化和自動(dòng)化[3]；5）遠(yuǎn)程手術(shù)這一充滿發(fā)展前景的技術(shù)將得到推廣和應(yīng)用[4]。

2.康復(fù)和護(hù)理機(jī)器人

2.1 康復(fù)機(jī)器人

首次嘗試把為殘疾人服務(wù)的機(jī)器人系統(tǒng)產(chǎn)品化是在20世紀(jì)的60年代到70年代，第一臺(tái)康復(fù)機(jī)器人CASE。20世紀(jì)80年代是康復(fù)機(jī)器人研究的起步階段，1990年以后進(jìn)入到全面發(fā)展時(shí)期，如美國Tolfa Corporation開發(fā)的DEVAR系統(tǒng)等，代表最新發(fā)展方向的是美國費(fèi)城Pennsylvania大學(xué)的P.Wellman等人設(shè)計(jì)的智能輪椅[5]?？祻?fù)機(jī)器人技術(shù)經(jīng)過了40多年的發(fā)展，已成為國際機(jī)器人領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)，其未來發(fā)展呈現(xiàn)以下幾個(gè)趨勢：1）各種先進(jìn)的機(jī)器人技術(shù)廣泛應(yīng)用到康復(fù)領(lǐng)域；2）康復(fù)理論的發(fā)展催生新的康復(fù)機(jī)器人；3）仿生學(xué)的發(fā)展指引著康復(fù)機(jī)器人的未來，這也許是機(jī)器人在康復(fù)領(lǐng)域應(yīng)用的最高境界。

2.2 護(hù)理機(jī)器人

護(hù)理機(jī)器人一般用來輔助護(hù)士完成相關(guān)的護(hù)理工作，如病人翻身、更換床單等護(hù)理，以及食物、藥品、醫(yī)療器械、病志的傳送和投遞，與病人對(duì)話，提供數(shù)據(jù)和影像支持等工作。日本機(jī)械工程研究所開發(fā)的MELKONG，專門用來照顧那些不便走動(dòng)的病人。日本三菱公司還推出了一種在MELKONG基礎(chǔ)上改進(jìn)的傳輸搬運(yùn)車輛。美國運(yùn)輸研究會(huì)(Transition ResearchCorporation, TRC)研制的“HelpMate”機(jī)器人，可以24h在醫(yī)院里完成運(yùn)送食物和藥品的工作。對(duì)護(hù)理機(jī)器人的研究現(xiàn)在多集中在研究可移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)，如WALKY, MOVAID和ARPH等機(jī)器人系統(tǒng)[6]。

康復(fù)和護(hù)理機(jī)器人的發(fā)展不僅為殘疾人護(hù)理問題的解決提供了最佳方案，而且為病人和老年人日常生活護(hù)理問題的解決找到了出路。

3.救援機(jī)器人

救援機(jī)器人主要擔(dān)任危險(xiǎn)條件下的救援工作，在火災(zāi)、地震和戰(zhàn)場等各種場合下能迅速且安全地將傷病員救出。2003年，國際救援系統(tǒng)研究所在日本政府的贊助下，開發(fā)出了第一批可以在地震廢墟上爬行、飛行和跳躍的救援機(jī)器人，用于地震后受災(zāi)人員的搜索。2004年，還研制出大型救援機(jī)器人“T–52En ryu”，可輕松地挪開變形的汽車和倒塌的建筑物等障礙物，救出受災(zāi)人員。該機(jī)構(gòu)計(jì)劃用15年時(shí)間創(chuàng)造出一支機(jī)器人救援隊(duì)伍[7]。2007年，美國Vecna公司研發(fā)出戰(zhàn)場救援機(jī)器人“VECNA's BEAR”，其身手敏捷，能夠擔(dān)負(fù)普通人無法擔(dān)負(fù)的任務(wù)，可以抱起受傷士兵送往后方安全地帶，其行走時(shí)間長達(dá)50min[8]。

4.轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)器人

轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)器人主要用于危重病患者的特殊檢查、挪動(dòng)、轉(zhuǎn)床、手術(shù)和麻醉前后的接送和戰(zhàn)場傷病員的后送，避免傷病員的再損傷。目前，國內(nèi)外大部分研究還主要集中在病人轉(zhuǎn)運(yùn)車，主要以人工操作為主，自動(dòng)化程度低。2007年，燕山大學(xué)王洪波教授和日本Fumio Kasagami教授共同研制出“C-Pam”轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)器人，采用接觸點(diǎn)相對(duì)靜止技術(shù)，不需移動(dòng)患者身體的任何部分，患者就會(huì)被移動(dòng)到床板上[9-10]，但其傳感器少，自動(dòng)化和智能化水平相對(duì)比較低。轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)器人在保證患者無痛轉(zhuǎn)運(yùn)的前提下，還要易消毒滅菌，行走靈活，控制簡單，安全可靠。隨著技術(shù)的進(jìn)步，轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)器人正朝著自動(dòng)化和智能化方向發(fā)展。

5.其他方面的研究

5.1 超聲診斷機(jī)器人

醫(yī)療超聲檢測經(jīng)常需要醫(yī)生在一個(gè)難以實(shí)施的位置上，持續(xù)握住超聲探頭一段時(shí)間，而且有時(shí)候還需要施加比較大的力，這樣得到的超聲圖像常常會(huì)受到醫(yī)生肌肉緊張的影響。而利用機(jī)器人輔助的圖像引導(dǎo)控制診斷系統(tǒng)則可以消除這種影響[11]。

5.2 微機(jī)器人研究

對(duì)于微機(jī)器人的研究最典型的是機(jī)器人內(nèi)窺鏡，如微機(jī)器人自動(dòng)結(jié)腸鏡可以使檢查時(shí)結(jié)腸鏡與病人的腸壁接觸面積最小，從而減輕病人的疼痛，同時(shí)，醫(yī)生可以很容易地觀察病患部位，以便控制結(jié)腸鏡的進(jìn)程。隨著微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)的發(fā)展，微型醫(yī)療機(jī)器人將會(huì)有更多的應(yīng)用領(lǐng)域，比如將微機(jī)器人用于體內(nèi)微型手術(shù)和定點(diǎn)藥物釋放等方面都具有誘人的前景[11]。

6.展望

醫(yī)療機(jī)器人技術(shù)極大地推動(dòng)了現(xiàn)代醫(yī)療技術(shù)的發(fā)展，是現(xiàn)代醫(yī)療衛(wèi)生裝備的發(fā)展方向之一。目前，對(duì)于醫(yī)療機(jī)器人的最新研究也在不斷地產(chǎn)生出新的成果：手術(shù)機(jī)器人具有高準(zhǔn)確性、高可靠性和高精確性，提高了手術(shù)的成功率；救援機(jī)器人可以經(jīng)受得住戰(zhàn)場和災(zāi)難等惡劣環(huán)境的考驗(yàn)，安全救出傷病員；康復(fù)機(jī)器人具有智能化，可為傷員、病人與老年人提供康復(fù)護(hù)理和服務(wù)。隨著現(xiàn)代科技的不斷進(jìn)步、社會(huì)的老齡化、現(xiàn)代戰(zhàn)爭的高技術(shù)化以及醫(yī)療技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域還會(huì)得到更深入而廣泛的研究和應(yīng)用。從長遠(yuǎn)發(fā)展角度來看，集傷病員營救、后送、手術(shù)、轉(zhuǎn)運(yùn)、康復(fù)和護(hù)理為一體的真正的醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)將會(huì)受到廣泛的關(guān)注和重視。

[1]Proc.I Mech E, Part H J, Davies B. A review of robotics in surgery[J]. Engineering in Medicine, 2000, 214（H1）129-140.

[2]肖鐘, 黃宗海. 外科手術(shù)機(jī)器人的研究進(jìn)展及臨床應(yīng)用[J]. 中國現(xiàn)代普通外科進(jìn)展, 2011, 14(11)880-884.

[3]Herrell SD, Kwartowitz DM, Milhoua PM, et al. Toward image guided robotic surgery:System validation[J]. J Urol,2009,181(2)783-792.

[4]Challacombe B, Wheatstone S. Telementoring and telerobotics in urological surgery[J]. Curt Urol Rep. 2010. 11(1)22-30.

[5]杜志江, 孫傳杰. 康復(fù)機(jī)器人研究[J]. 中國康復(fù)醫(yī)學(xué)雜志, 2003, 18(5)293-294.

[6]張西, 侍才洪, 李瑞欣. 正醫(yī)療機(jī)器人的研究與進(jìn)展[J]. 中國醫(yī)學(xué)裝備, 2009, 6(1)7-12.

[7]杜志江，孫立寧，富歷新. 醫(yī)療機(jī)器人發(fā)展概況綜述[J]. 機(jī)器人, 2003, 25(2)182-187.

[8]VECNA's Battlef i eld Extraction-Assist Robot BEAR. Http://www.botmag.com/index.shtml.

[9]Hongbo Wang, Fumio Kasagami. Careful-Patient Mover Used for Patient Transfer in Hospital.IEEE/ICME[J], International Conference on Complex Medical Engineering, 2007(5)20-26.

[10]Hongbo Wang, Fumio Kasagami. A Patient Transfer Apparatus Between Bed and Stretcher. IEEE TRANSACTIONS ON SYSTEMS, MAN, AND CYBERNETICS-PART.2008,38(1)60-67.

[11]李旭, 李光, 樂艷飛. 胡又佳醫(yī)療機(jī)器人研究的最新進(jìn)展[J]. 機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用, 2003年第4期 12-15.