文/本刊記者 郭瀟雅

機械操作解放了護士，智能設計方便了患者，這款吸痰機器人在臨床護理中大有可為。

眾所周知，肺癌、重癥肺炎、呼吸肌癱瘓、深度昏迷等患者無法自主咳嗽排痰，而及時有效的吸痰，能夠維持其呼吸道通暢，減少呼吸道感染甚至挽救生命。因此，人工氣道內(nèi)的吸痰操作是挽救危重癥患者的一項重要的護理操作。臨床工作中危重癥患者吸痰頻率高，不僅極大增加了護理工作負擔，還存在氣道損傷的風險。如果有一款可代替手動吸痰的設備，其應用將大大緩解我國護理人員短缺的困境。

西安交通大學第一附屬醫(yī)院（以下簡稱“西交大一附院”）“外科夢工廠”團隊在長期的臨床調(diào)研發(fā)現(xiàn)，吸痰動作相對程序化，可由設備完成，符合智能操作的先決條件。該團隊成員基于現(xiàn)有工業(yè)技術、軟件編程技術及吸痰操作技術要點，創(chuàng)新性地研制了控制精準、安全性高、適合于吸痰操作的智能吸痰機器人，并在2019年陜西省科技工作者創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽決賽中勇奪金獎，成為西安交通大學唯一一項生物醫(yī)藥組金獎獲得項目。

據(jù)了解，目前市場上無智能吸痰機器人同類型產(chǎn)品，產(chǎn)品核心技術指標全面超越，具有完全自主知識產(chǎn)權，性價比高。教育部科技查新工作站證實，設備核心技術在國內(nèi)外具有創(chuàng)新性，填補了智能吸痰市場的空白。研發(fā)團隊通過反復的體外試驗和動物實驗，驗證了智能吸痰機器人吸痰操作的安全性和有效性。實現(xiàn)了個體化自動吸痰操作，在減少患者痛苦的同時，也減輕了臨床護士的日常工作負擔，實現(xiàn)了優(yōu)質(zhì)護理并向智能化精準醫(yī)療邁進。

智能吸痰機器人為我國自主醫(yī)療設備研發(fā)，醫(yī)療器械創(chuàng)業(yè)發(fā)展添上了濃墨重彩的一筆。

四年研發(fā)四代樣機

“外科夢工場”是由西交大一附院呂毅教授帶領團隊于2010年6月成立的一個具有鮮明特色的“理工醫(yī)協(xié)同創(chuàng)新研究平臺”，主要從事手術及隨訪機器人系統(tǒng)、組織工程、分子生物學、新型生物材料在醫(yī)學中應用的相關研究。西安交通大學先進外科技術與工程研究所、陜西省再生醫(yī)學與外科工程研究中心、陜西本科高校省級人才培養(yǎng)模式創(chuàng)新實驗區(qū)、精準外科與再生醫(yī)學國家地方聯(lián)合工程研究中心相繼獲批。

“外科夢工場”辦公室主任馬鋒告訴記者，以臨床問題為導向，以創(chuàng)新思維為靈魂，以理工醫(yī)學科交叉融合為特色，以服務患者為宗旨，“外科夢工場”長期關注并研究用于臨床實踐、解決臨床實際難題的外科新技術。智能吸痰機器人研發(fā)團隊以“外科夢工場”機器人研究小組為主導，聯(lián)合西交大一附院肝膽外科ICU、呼吸內(nèi)科、神經(jīng)內(nèi)科、西安交通大學機械學院、陜西省機器人重點實驗室等多學科、多部門共同協(xié)作完成。

“在設備研發(fā)前，我們首先查閱了國內(nèi)外相關文獻，發(fā)現(xiàn)尚無相關報道，本項目具有較強的創(chuàng)新性。隨后，我們組織了呼吸內(nèi)科、神經(jīng)內(nèi)科、重癥監(jiān)護室、機械學院等相關專家進行討論，一致認為研發(fā)吸痰機器人非常有必要，且從工科角度可以實現(xiàn)。由此，我們便啟動了吸痰機器人的研發(fā)?！瘪R鋒說道。

據(jù)介紹，具體的研發(fā)過程分為五步，一是臨床數(shù)據(jù)采集階段，從臨床實際吸痰操作中，獲取吸痰操作參數(shù)和操作要點，以此作為吸痰機器人結(jié)構設計、零件選型和編程的依據(jù)；二是吸痰機器人的設計，包括結(jié)構設計、程序編寫兩部分；三是樣機研制階段；四是改進階段，對樣機進行體外模擬、動物實驗，驗證樣機的結(jié)構功能是否滿足要求，根據(jù)情況進行改進；五是臨床試用。

“期間的困難主要在于第二和第三階段，也就是機器的設計和研制階段。一方面是醫(yī)生和工程師相互溝通需要磨合，另一方面用設備完全代替雙手進行操作，難度較大，結(jié)構設計必須符合實際操作環(huán)境，設備加工也比較耗時?！?馬鋒對記者說。

在臨床研究和設備研發(fā)團隊通力合作下，2015年第一代智能吸痰機器人問世，在隨后的四年中，“外科夢工場”團隊又對其進行了更新?lián)Q代，四年研發(fā)出了四代樣機。目前版本的智能吸痰機器人包括操作端和控制端，與負壓泵、吸痰管與人工氣道的固定架、控制裝置及吸痰需求報警裝置構成智能吸痰系統(tǒng)。當檢測到吸痰需求后，操作端依據(jù)控制端的指令，代替手動實現(xiàn)吸痰動作的仿真模擬。工作原理主要是運用滾輪傳動體系，將吸痰管卡在兩滾輪中央，由電機帶動齒輪，從而帶動滾輪轉(zhuǎn)動，完成吸痰管的輸送和退出等操作。

智能吸痰機器人填補了智能吸痰市場的空白。

效果良好值得推廣

在智能吸痰機器人臨床應用前，研發(fā)團隊進行了大量的體外模擬實驗和動物實驗，以驗證設備的安全性和有效性。例如，使用雞蛋清模擬痰液，采用“高級模擬人”進行試驗，該設備能順利完成操作。多次試驗表明，機器人吸痰和人工吸痰在單次吸痰量上無明顯統(tǒng)計學差異，吸痰效率可靠。同時，動物實驗得出，使用機器人進行吸痰后，無明顯氣道黏膜損傷，驗證了吸痰機器人的安全性。因此，該設備雖然尚未應用于臨床，但前期的模擬人實驗和動物實驗均取得了良好的結(jié)果。

馬鋒告訴記者，研究表明，傳統(tǒng)吸痰的缺陷主要分為吸痰的時效性和有效性兩大方面。具體表現(xiàn)為多數(shù)患者難以保證及時有效的吸痰。在繁忙的護理工作中，往往會忽視人工氣道內(nèi)的吸痰操作，每年因未能及時吸痰造成呼吸道梗阻加重病情，甚至導致死亡的患者大約有十萬人；而即便進行吸痰操作，也因為護士年資差異、操作手法不同而導致吸痰效果難以保證，有時操作不當，甚至會造成氣道損傷。

智能吸痰機器人的優(yōu)勢有三：首先，通過穩(wěn)定的機械化操作，使得吸痰操作標準化、規(guī)范化、精準化、及時化，消除因操作原因?qū)е碌奈涤行院桶踩圆蛔愕膯栴}，極大彌補了傳統(tǒng)吸痰術的缺陷；其次，機器人可根據(jù)患者情況，設置不同的吸痰參數(shù)，從而實現(xiàn)個體化吸痰操作，進一步保障吸痰的有效性；再次，機器人的出現(xiàn)可以減少護士工作強度，使護士能更好地完成其他護理工作。

馬鋒認為，智能吸痰機器人應用范圍較廣，主要用于長期進行機械通氣需要頻繁吸痰的患者，涉及各ICU科室和康復科等，也可用于全麻氣管插管拔除后的常規(guī)吸痰操作，適用于各級醫(yī)院、康復醫(yī)院、養(yǎng)老院和家庭護理中，因而十分適合推廣。

呂毅表示，在未來，“外科夢工廠”將繼續(xù)優(yōu)化吸痰機器人，實現(xiàn)與呼吸機、監(jiān)護儀等設備的數(shù)據(jù)通訊。同時優(yōu)化程序，使得吸痰機器人能夠分析并處理接收到患者呼吸和心率的數(shù)據(jù)，自主判斷是否啟動吸痰操作，增加設備智能化程度。此外，還將進一步優(yōu)化設備結(jié)構和外觀，實現(xiàn)自動化、智能化、標準化吸痰操作。

據(jù)透露，除智能吸痰機器人外，“外科夢工廠”目前正在研發(fā)磁助血管吻合環(huán)、磁壓榨膽腸、胰腸吻合器、肝移植術后隨訪機器人等高新醫(yī)療設備。“外科夢工廠”以變革傳統(tǒng)的醫(yī)學理念，深入學科交叉，扎根醫(yī)工結(jié)合，助力我國高新醫(yī)療設備的自主研發(fā)，培育復合型醫(yī)學創(chuàng)新人才。