何炳蔚，張?jiān)?，鄧震，朱兆? 朱明珠

(1. 福州大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院，福建 福州 350108； 2. 福建省智慧醫(yī)工聯(lián)合工程研究中心，福建 福州 350108)

0 引言

隨著人類(lèi)社會(huì)的不斷進(jìn)步，健康需求驅(qū)動(dòng)醫(yī)工融合，特別是以“大數(shù)據(jù)、 移動(dòng)醫(yī)療、 云計(jì)算、 智能機(jī)器人、 數(shù)字影像”等前沿技術(shù)領(lǐng)域?yàn)橄葘?dǎo)的相關(guān)醫(yī)療產(chǎn)業(yè)，正以十分強(qiáng)勁的驅(qū)動(dòng)力推動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展. 在跨學(xué)科應(yīng)用的熱潮中，我國(guó)大力促進(jìn)“新工科”“新醫(yī)科”建設(shè)，“醫(yī)工融合”的價(jià)值不斷凸顯，未來(lái)發(fā)展勢(shì)不可擋.

當(dāng)今醫(yī)工融合領(lǐng)域已離不開(kāi)傳感技術(shù)、 激光技術(shù)、 超聲波技術(shù)、 計(jì)算機(jī)技術(shù)等前沿科技的介入，在醫(yī)療器械、 醫(yī)療手術(shù)/診療方案、 醫(yī)療教育手段、 醫(yī)療康復(fù)設(shè)施等方面只有進(jìn)行深度融合, 才能促成更為深入的研究[1-7]. 以精準(zhǔn)醫(yī)療為例，它既是21世紀(jì)醫(yī)學(xué)發(fā)展的重要方向，又是微創(chuàng)外科治療的基石. 一臺(tái)精準(zhǔn)的微創(chuàng)手術(shù)一方面要求對(duì)病灶的精確定位和導(dǎo)航，另一方面要求操作者克服手術(shù)過(guò)程中的用力不均勻和手部生理性的微小震顫. 而運(yùn)用醫(yī)工融合技術(shù)所開(kāi)發(fā)的醫(yī)用機(jī)器人系統(tǒng)，上述問(wèn)題可以得到良好的解決. “自然科學(xué)通過(guò)醫(yī)學(xué)造福于人類(lèi)，而醫(yī)學(xué)發(fā)展要靠自然科學(xué)技術(shù)的發(fā)展. ”我國(guó)泌尿外科奠基人、 中國(guó)科學(xué)院院士、 中國(guó)工程院院士吳階平曾針對(duì)“醫(yī)工融合”的問(wèn)題如此評(píng)價(jià)道[8].

1 醫(yī)療機(jī)器人的研究現(xiàn)狀

醫(yī)療機(jī)器人是指在諸如醫(yī)院一類(lèi)或其它需要診療服務(wù)的場(chǎng)所中，用于輔助或自主完成醫(yī)療任務(wù)的服務(wù)型智能機(jī)器人. 這類(lèi)機(jī)器人可以依據(jù)具體的場(chǎng)景，人為或自行編制所需的操作方案及動(dòng)作程序，然后再轉(zhuǎn)化為各操作機(jī)構(gòu)的協(xié)同運(yùn)動(dòng)最終完成相關(guān)任務(wù). 例如： 外科手術(shù)中的醫(yī)療用機(jī)器人(手術(shù)用機(jī)器人)可用更精準(zhǔn)、 侵入性更小的方式進(jìn)行手術(shù)，外科醫(yī)生在另一端控制手術(shù)這端的效果. 目前，國(guó)外的醫(yī)療機(jī)器人行業(yè)市場(chǎng)化程度高，企業(yè)間的競(jìng)爭(zhēng)也日益激烈，發(fā)展方向主要是由市場(chǎng)的供需狀況決定.

介入式技術(shù)是指通過(guò)各類(lèi)醫(yī)學(xué)影像設(shè)備(例如X射線(xiàn)診斷、 CT掃描、 核磁共振成像等)的輔助，為人類(lèi)醫(yī)師提供監(jiān)視和引導(dǎo)，將針對(duì)手術(shù)特制的精密介入器械(例如導(dǎo)絲、 導(dǎo)管)引入人體內(nèi)，由此便于醫(yī)生對(duì)體內(nèi)存在的疾病形態(tài)進(jìn)行判斷或局部治療. 自20世紀(jì)90年代以來(lái)，介入式治療技術(shù)發(fā)展迅速. 該技術(shù)具有不開(kāi)刀、 創(chuàng)傷小、 恢復(fù)快、 療效好、 費(fèi)用低等特點(diǎn)，它的出現(xiàn)也為以往臨床上認(rèn)為不治或難治之癥開(kāi)辟了新的有效治療途徑. 人身體內(nèi)的血管分支，包含其它的管腔結(jié)構(gòu)(如： 氣管、 鼻腔、 消化道、 膽道等)和一些特定位置，基本上都可以實(shí)現(xiàn)導(dǎo)管或其它器械的置入，從而實(shí)施對(duì)許多疾病的局部性治療. 另外這項(xiàng)技術(shù)還非常適合應(yīng)用于那些失去手術(shù)機(jī)會(huì)或者不適合做手術(shù)的肺、 胃、 腎、 盆腔、 骨與軟組織的惡性腫瘤. 有的學(xué)者甚至將介入與內(nèi)科、 外科并列稱(chēng)為三大診療技術(shù). 介入式手術(shù)的關(guān)鍵是將相關(guān)器械精準(zhǔn)置于需要進(jìn)行治療的病灶、 靶點(diǎn)或便于醫(yī)生開(kāi)展治療位置. 因此，一次成功的介入操作必須依靠前期科學(xué)的手術(shù)設(shè)計(jì)，治療進(jìn)程中的精準(zhǔn)定位，以及穩(wěn)定的手術(shù)操作(如穿刺)和器械扶持. 建立一套完整的機(jī)器人輔助系統(tǒng)，能夠集成相關(guān)的手術(shù)需求并且與治療情景相匹配，便是解決上述介入治療所面臨問(wèn)題的重要途徑之一. 機(jī)器人輔助系統(tǒng)是指將從各式醫(yī)學(xué)儀器包括操作者處獲取的相關(guān)信息通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)統(tǒng)一處理，在建立笛卡爾空間坐標(biāo)的基礎(chǔ)上，使用醫(yī)用機(jī)器人起到輔助和準(zhǔn)確定位的作用，將機(jī)器人系統(tǒng)的定位精度高、 靈活性高、 運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定、 易于實(shí)現(xiàn)規(guī)范化流程等優(yōu)勢(shì)賦予介入手術(shù)過(guò)程. 由此在一定程度上克服了治療中由人為因素導(dǎo)致的不確定性，從而提高介入治療的準(zhǔn)確性與安全性，擺脫完全依賴(lài)于醫(yī)生經(jīng)驗(yàn)的治療模式.

在最近7年間，全球醫(yī)療器械市場(chǎng)增長(zhǎng)迅速，每年平均復(fù)合增長(zhǎng)率接近5%，研發(fā)投入的復(fù)合年均增長(zhǎng)率整體達(dá)4.2%. 2020年，全球醫(yī)療器械市場(chǎng)規(guī)模在新冠肺炎疫情的刺激下，增長(zhǎng)遠(yuǎn)超預(yù)期，達(dá)到5 140億美元，研發(fā)投入也隨之飛速增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)總額可達(dá)到305億美元[8]. 智能化是醫(yī)療器械未來(lái)發(fā)展的必然走向，研發(fā)投入對(duì)該方向不斷傾斜也日益顯著，醫(yī)療機(jī)器人市場(chǎng)也將在醫(yī)療器械智能化發(fā)展的過(guò)程中，占據(jù)越來(lái)越大的市場(chǎng)份額和更加主要的市場(chǎng)地位. 在相關(guān)器械、 系統(tǒng)以及技術(shù)迭代過(guò)程中，手術(shù)機(jī)器人也將不再局限于大型開(kāi)放手術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)身體中的微小部分或局部手術(shù)的覆蓋，2021年底，手術(shù)機(jī)器人市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)將會(huì)達(dá)到大約200億美元[9].

1.1 遠(yuǎn)程手術(shù)技術(shù)

遠(yuǎn)程醫(yī)療技術(shù)的目標(biāo)是向遠(yuǎn)端的患者傳播醫(yī)學(xué)知識(shí)、 提供醫(yī)療服務(wù)以及遙測(cè)醫(yī)療信息. 遠(yuǎn)程手術(shù)是遠(yuǎn)程醫(yī)療中不可缺少的一個(gè)環(huán)節(jié)，其實(shí)現(xiàn)可以在一定程度上緩解醫(yī)療資源分布不均的問(wèn)題、 優(yōu)化醫(yī)療資源的配置同時(shí)節(jié)省醫(yī)療費(fèi)用開(kāi)支，最終提升疾病救治率. 遠(yuǎn)程醫(yī)療手術(shù)是指在醫(yī)患置身異地的情況下，執(zhí)行手術(shù)的醫(yī)生仍可以在相關(guān)裝備與技術(shù)的支持下，借助音頻信息、 圖像信息、 力覺(jué)反饋等多種形式信息制造患者端(患者所在場(chǎng)景)的現(xiàn)場(chǎng)感，從而遠(yuǎn)距離施行醫(yī)療手術(shù). 理論上，機(jī)器人輔助手術(shù)的發(fā)展克服了醫(yī)生和患者因?yàn)榫嚯x所帶來(lái)的許多不便，運(yùn)用遠(yuǎn)程醫(yī)療手術(shù)，醫(yī)療資源匱乏地區(qū)的患者也能夠享受大城市的醫(yī)療資源[10-15]. 另外，在具有輻射、 自然災(zāi)害等危險(xiǎn)的環(huán)境中，醫(yī)生可以在安全的地方通過(guò)機(jī)器人的協(xié)助，遠(yuǎn)程對(duì)患者進(jìn)行診斷和手術(shù)，防止醫(yī)生受傷. 除此之外，因?yàn)槲覈?guó)人口基數(shù)大、 地域?qū)拸V且發(fā)展不平衡，各個(gè)地方的醫(yī)療條件有很大差別，機(jī)器人輔助遠(yuǎn)程手術(shù)能夠很好地彌補(bǔ)落后地區(qū)的醫(yī)療人才短缺，同時(shí)帶動(dòng)設(shè)備水平的提升，提升醫(yī)療資源的利用率[16-20].

近年來(lái)隨著相關(guān)概念的普及，遠(yuǎn)程醫(yī)療手術(shù)也逐步擺脫束縛，不再為通常意義上的手術(shù)室環(huán)境所局限，嘗試進(jìn)入了非理想的手術(shù)環(huán)境. 例如： 搖晃和振動(dòng)的海上環(huán)境，要求機(jī)器人具備自適應(yīng)性強(qiáng)、 魯棒性高、 能有效避免碰撞的控制系統(tǒng)； 完全失重和高延時(shí)的太空環(huán)境，要求機(jī)器人擁有更加輕巧靈活的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，同時(shí)提升手術(shù)過(guò)程的自主能力，使機(jī)器人更加智能； 此外還有狹小的水下空間、 多變的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境，都對(duì)機(jī)器人系統(tǒng)提出了更加苛刻的要求[21-25]. 如何實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程醫(yī)療手術(shù)對(duì)于更加復(fù)雜環(huán)境的適應(yīng)性，已成為行業(yè)當(dāng)前的全新挑戰(zhàn)，也成為了熱點(diǎn)課題之一. 同時(shí)，在缺乏醫(yī)護(hù)人員的情況下，手術(shù)流程的自主性和執(zhí)行效率，人機(jī)交互的便捷性和快速性也亟需改進(jìn)和提升.

2004年，在美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)資助和支持下，斯坦福研究院等研究機(jī)構(gòu)多次嘗試并開(kāi)展了涉及遠(yuǎn)程醫(yī)療手術(shù)的試驗(yàn)研究[26]. 第7次NEMMO項(xiàng)目中，相距2 500 km的加拿大醫(yī)生及實(shí)驗(yàn)室手術(shù)端配備的四名實(shí)驗(yàn)人員 (其中分別包括一名無(wú)手術(shù)經(jīng)驗(yàn)的內(nèi)科醫(yī)生，一名具備一定手術(shù)經(jīng)驗(yàn)的外科醫(yī)生，兩位完全無(wú)醫(yī)學(xué)背景的潛水員)共同合作，利用AESOP伊索機(jī)器人對(duì)美國(guó)水瓶宮實(shí)驗(yàn)室(Aquarius Reef Base，迄今世界上唯一正在運(yùn)行的水下海洋實(shí)驗(yàn)室)中的對(duì)象進(jìn)行超聲檢查，并在超聲設(shè)備的指引下，完成了腫瘤囊液的吸取、 血管修復(fù)、 切除腎結(jié)石以及摘除膽囊等多項(xiàng)手術(shù)內(nèi)容[27]. 機(jī)器人進(jìn)行實(shí)時(shí)的腹腔模擬手術(shù)，試驗(yàn)全程以微波衛(wèi)星為中繼，為試驗(yàn)提供通訊，以模擬地球與月球間的超遠(yuǎn)距離通訊，手術(shù)過(guò)程中的操作延時(shí)達(dá)3 s. 第12次NEEMO項(xiàng)目的手術(shù)任務(wù)則是基于UWashington等機(jī)構(gòu)開(kāi)發(fā)的Raven I與SRI設(shè)計(jì)的M7機(jī)器人協(xié)同完成，該次試驗(yàn)中第一次完成了利用紅外線(xiàn)進(jìn)行引導(dǎo)的縫合手術(shù)操作.

Trauma Pod遠(yuǎn)程手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)是由美國(guó)國(guó)防部資助，斯坦福研究院及多家科研機(jī)構(gòu)聯(lián)合研發(fā)[28]，是一種針對(duì)惡劣戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下傷員病員的救治而專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的手術(shù)設(shè)備，可以在遠(yuǎn)程操縱且現(xiàn)場(chǎng)無(wú)人監(jiān)護(hù)的情況下完成所需手術(shù)，如圖1所示. 整套系統(tǒng)包括： 針對(duì)手術(shù)過(guò)程中頻繁更換器械需求而設(shè)計(jì)的器械更換模塊，針對(duì)手術(shù)前后及過(guò)程中器械存放而設(shè)計(jì)的刀具緩存模塊，針對(duì)手術(shù)過(guò)程中藥物輸送注射等設(shè)計(jì)的藥物分發(fā)模塊，代替現(xiàn)場(chǎng)醫(yī)生執(zhí)行具體操作的手術(shù)機(jī)器人和協(xié)助進(jìn)行傷員護(hù)理的護(hù)理機(jī)器人模塊五部分.

圖1 機(jī)器人系統(tǒng)[28]Fig.1 Trauma pod system[28]

時(shí)延問(wèn)題是遠(yuǎn)程手術(shù)的難點(diǎn)問(wèn)題之一，但隨著第5代移動(dòng)通信技術(shù)的成熟，5G技術(shù)為遠(yuǎn)程手術(shù)提供了高速、 多連接、 大帶寬及低延遲的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，非常貼合遠(yuǎn)程手術(shù)中實(shí)時(shí)性、 高效性及穩(wěn)定性的要求，這將為遠(yuǎn)程手術(shù)的發(fā)展提供新的動(dòng)力. 結(jié)合 5G技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，醫(yī)療領(lǐng)域開(kāi)展了許多相應(yīng)的探索與嘗試. 2018年12月，中國(guó)人民解放軍總醫(yī)院第一醫(yī)學(xué)中心與蘇州康多機(jī)器人有限公司合作，在福州順利完成了5G遠(yuǎn)程手術(shù)的動(dòng)物試驗(yàn)[29]. 手術(shù)試驗(yàn)中，主刀醫(yī)師全程使用康多機(jī)器人公司自主研發(fā)的手術(shù)機(jī)器人(如圖2所示)，遠(yuǎn)程控制兩個(gè)機(jī)械臂和鏡頭臂，楔形切除了大小約為2 cm × 2 cm × 3 cm的豬肝臟. 手術(shù)中傳輸畫(huà)面為實(shí)時(shí)高清3D影像，聲音傳輸穩(wěn)定. 機(jī)械臂與主端的跟隨性、 一致性高，操作靈活，運(yùn)動(dòng)指令從移動(dòng)執(zhí)行器末端到機(jī)械臂末端的平均時(shí)延不超過(guò)150 ms.

圖2 5G遠(yuǎn)程手術(shù)現(xiàn)場(chǎng)[29]Fig.2 5G Remote operation site[29]

2019年3月16日，三亞解放軍總醫(yī)院海南醫(yī)院的專(zhuān)家在遠(yuǎn)程操縱下，順利地完成了一患者帕金森“腦起搏器”的植入手術(shù)[30]. 這臺(tái)手術(shù)的距離跨度達(dá)3 000 km，也是在全球范圍內(nèi)，通過(guò)5G技術(shù)為遠(yuǎn)程手術(shù)提供通訊的首個(gè)案例，是5G遠(yuǎn)程手術(shù)技術(shù)的新里程碑. 2019年9月，康多機(jī)器人公司再次與中國(guó)人民解放軍肝膽外科研究所合作[31]，成功實(shí)現(xiàn)了世界上第一個(gè)基于多點(diǎn)協(xié)同的5G遠(yuǎn)程機(jī)器人手術(shù)試驗(yàn)，如圖3所示. 北京和蘇州兩地醫(yī)生在相互協(xié)同下，遠(yuǎn)程操縱機(jī)械臂對(duì)動(dòng)物試驗(yàn)對(duì)象開(kāi)展了胃腸切除和肝切除手術(shù). 這次的多點(diǎn)協(xié)同遠(yuǎn)程醫(yī)療手術(shù)突破了醫(yī)生和病患單點(diǎn)會(huì)診手術(shù)的固有體系，使得不同地區(qū)和領(lǐng)域的專(zhuān)家遠(yuǎn)程會(huì)診，共同協(xié)作為患者完成手術(shù)，也為以后多點(diǎn)協(xié)同完成遠(yuǎn)程手術(shù)的機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，在臨床醫(yī)學(xué)、 機(jī)器人學(xué)和通信工程交叉領(lǐng)域取得了重大創(chuàng)新.

圖3 多點(diǎn)協(xié)同5G遠(yuǎn)程手術(shù)試驗(yàn)示意圖[31]Fig.3 Diagram of multi-point collaborative 5G remote surgery test[31]

近年來(lái)，我國(guó)愈發(fā)重視對(duì)醫(yī)療手術(shù)機(jī)器人，包括遠(yuǎn)程手術(shù)技術(shù)方面的研究，也已經(jīng)在遠(yuǎn)程人體手術(shù)和多點(diǎn)協(xié)同手術(shù)等方面取得巨大進(jìn)步. 然而在一些方面也存在嚴(yán)重不足，例如擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的遠(yuǎn)程手術(shù)機(jī)器人研發(fā)，在多學(xué)科交叉領(lǐng)域還有許多重要技術(shù)瓶頸需要去研究和突破.

1.2 手術(shù)導(dǎo)航技術(shù)

手術(shù)導(dǎo)航技術(shù)能夠精準(zhǔn)地為醫(yī)生指明病灶位置，為手術(shù)前期規(guī)劃圈定目標(biāo)范圍，從而極大提高手術(shù)規(guī)劃的科學(xué)性、 合理性. 因此，基于手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)所建立的笛卡爾坐標(biāo)系，進(jìn)一步結(jié)合醫(yī)學(xué)影像設(shè)備提供實(shí)時(shí)信息，通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行融合重建，并提供可視化的操作，進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)良好的術(shù)前規(guī)劃、 術(shù)中實(shí)時(shí)標(biāo)定及配準(zhǔn). 空間定位技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方式包括接觸式空間定位和非接觸式空間定位, 接觸式定位主要是指機(jī)械定位方法, 根據(jù)傳感器類(lèi)別的差異，非接觸式定位又涵蓋了基于超聲方法、 電磁方法、 光學(xué)方法等實(shí)現(xiàn)方式.

近年來(lái)，在醫(yī)療手術(shù)治療中，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的技術(shù)得到了越來(lái)越廣泛的使用，有效改善了手術(shù)可操作性以及操作過(guò)程的精確程度. 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)通過(guò)光學(xué)、 計(jì)算機(jī)等技術(shù)，融合真實(shí)物理環(huán)境及計(jì)算機(jī)構(gòu)建的模擬環(huán)境，使二者結(jié)合，并將得到的圖像、 聲音、 觸感、 力等信息反饋到人類(lèi)的感官系統(tǒng)上，從而達(dá)到基于現(xiàn)實(shí)情景，卻可以超越實(shí)際體驗(yàn)狀態(tài)的，更加豐富直觀(guān)的感官體驗(yàn). 該技術(shù)目前已經(jīng)在耳鼻喉科、 神經(jīng)外科、 腦外科等領(lǐng)域的臨床手術(shù)中投入使用，體現(xiàn)出了能有效擴(kuò)大手術(shù)視野、 精準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)靶點(diǎn)定位等諸多顯著的優(yōu)點(diǎn)[32-36]. 手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)在融入AR相關(guān)技術(shù)后，具備了實(shí)時(shí)交互、 虛實(shí)結(jié)合、 準(zhǔn)確定位三大特點(diǎn). 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的三大核心技術(shù)包括標(biāo)定、 顯示技術(shù)及人機(jī)交互技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同醫(yī)療手術(shù)的操作，以及不同手術(shù)方案的模擬，提供給醫(yī)生真實(shí)的交互體驗(yàn)，以便在手術(shù)前對(duì)比不同的規(guī)劃方案進(jìn)行優(yōu)化迭代. Okamoto等[37]利用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)腺體切除手術(shù)區(qū)域的系統(tǒng)規(guī)劃，有效提高了切除精度. 在內(nèi)窺鏡心臟搭橋手術(shù)中，Cabrilo等[38]在采用了增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)后，顯著提升了手術(shù)的執(zhí)行效率. 腹腔鏡部分腎切除術(shù)中，Edgcumbe等[39]在AR技術(shù)的加持下，對(duì)病人腎臟中的非癌變部分實(shí)現(xiàn)了最大程度上的保留，又降低了對(duì)患者的創(chuàng)傷.

如何更好地進(jìn)行病灶靶點(diǎn)定位、 區(qū)域邊界劃分是影響手術(shù)效果的關(guān)鍵因素，也是目前提升手術(shù)精度亟需解決的問(wèn)題之一. 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用，將可以有效利用當(dāng)前計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的諸多成果，極大地拓展解決上述難題的思路，有望進(jìn)一步提升病灶區(qū)域的處理精度.

2 醫(yī)工融合技術(shù)的研究現(xiàn)狀

國(guó)外醫(yī)工交叉融合探索興起于20世紀(jì)70年代，哈佛大學(xué)、 斯坦福大學(xué)、 普林斯頓大學(xué)等先后成立交叉學(xué)科研究所或研究中心，投入巨資開(kāi)展交叉學(xué)科研究[3]. 其中，斯坦福大學(xué)在1998年成立了Bio-X研究中心，旨在融合生物、 物理、 醫(yī)學(xué)等學(xué)科，推動(dòng)解決生命科學(xué)問(wèn)題. 2018年，該研究中心附屬學(xué)院的艾倫·庫(kù)爾(Ellen Kuhl)將計(jì)算機(jī)技術(shù)與醫(yī)學(xué)相結(jié)合，提出了新的計(jì)算機(jī)模型[40]，繪制出與阿爾茨海默氏癥、 帕金森氏癥和肌萎縮性側(cè)索硬化癥有關(guān)的畸形蛋白質(zhì)在大腦中的擴(kuò)散路徑，可以幫助找到診斷和治療這些神經(jīng)退行性疾病的方法. 而機(jī)器人技術(shù)與外科手術(shù)的結(jié)合為外科手術(shù)醫(yī)生帶來(lái)了新的手術(shù)實(shí)施方式. 借由平穩(wěn)準(zhǔn)確的機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)，可有效減少外科手術(shù)醫(yī)生因長(zhǎng)時(shí)間手術(shù)產(chǎn)生疲勞而導(dǎo)致的醫(yī)療事故. 2000年，美國(guó)Intuitive Surgical公司開(kāi)發(fā)的達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)投入臨床應(yīng)用，由外科醫(yī)生通過(guò)控制臺(tái)控制機(jī)械臂實(shí)施手術(shù). 達(dá)芬奇機(jī)器人可用于前列腺切除術(shù)、 心臟瓣膜修復(fù)和婦科手術(shù)等，截至2020年，達(dá)芬奇手術(shù)系統(tǒng)已被應(yīng)用于60萬(wàn)臺(tái)手術(shù)中[9].

3D打印技術(shù)通過(guò)精確控制生物材料逐層組裝成所需的3D模型來(lái)解決傳統(tǒng)組織工程方法的障礙. 該項(xiàng)技術(shù)的的誕生，提供給了組織工程和再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域全新的思路和極具創(chuàng)新的方法. 3D生物打印的細(xì)胞、 組織和器官收集的科學(xué)報(bào)告匯集了無(wú)數(shù)的研究描繪不同生物打印模式的能力[41]. 2016年，Jia等[42]使用仿生生物材料和先進(jìn)的擠壓系統(tǒng)，在單步過(guò)程中沉積具有高度有序排列的可灌注血管結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)直接3D生物打印. 該共混生物墨水可以先通過(guò)鈣離子進(jìn)行離子交聯(lián)，然后通過(guò)GelMA和PEGTA的共價(jià)光交聯(lián)形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu). 通過(guò)引入PEGTA，生物墨水的流變性能和由此產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)的機(jī)械強(qiáng)度得到了調(diào)整，這有助于復(fù)雜的多層三維可灌注空心管的精確沉積.

我國(guó)醫(yī)工結(jié)合交叉探索興起于20世紀(jì)80年代末期. 國(guó)內(nèi)一批重點(diǎn)高校包括清華大學(xué)、 北京大學(xué)、 哈爾濱工業(yè)大學(xué)、 上海交通大學(xué)、 北京航空航天大學(xué)、 東南大學(xué)、 西安交通大學(xué)、 同濟(jì)大學(xué)、 華南理工大學(xué)等先后建立了以醫(yī)學(xué)與工程技術(shù)結(jié)合為特征的交叉學(xué)科研究實(shí)體，為國(guó)內(nèi)醫(yī)工交叉研究搭建了廣闊的舞臺(tái). 2013年以前，磷酸鈣骨修復(fù)材料在國(guó)內(nèi)臨床使用的需求量巨大，且主要從國(guó)外購(gòu)買(mǎi)，而產(chǎn)品組成和結(jié)構(gòu)與人體骨組織差異較大，骨修復(fù)很難得到預(yù)期的療效. 中國(guó)工程院院士、 華南理工大學(xué)校長(zhǎng)王迎軍教授團(tuán)隊(duì)完成的成果“磷酸鈣類(lèi)生物活性陶瓷和骨修復(fù)體模板法仿生制備新技術(shù)及臨床應(yīng)用”在臨床上取得突破性進(jìn)展，其涉及的骨修復(fù)材料是修復(fù)骨缺損、 重建骨組織功能的生物醫(yī)用材料，臨床需求量巨大[43]. 2021年，上海理工大學(xué)康復(fù)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的肖藝璇等提出了一種可穿戴手功能康復(fù)訓(xùn)練裝置，該裝置包含柔性鏈驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，具有較好的人機(jī)交互性及患者個(gè)性化適應(yīng)性，設(shè)計(jì)合理[44]. 上海交通大學(xué)在UR5六自由度機(jī)器人上應(yīng)用模糊控制算法實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂的路徑修正，基于深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)的變導(dǎo)納控制使機(jī)器人能夠適應(yīng)醫(yī)生在末端的各種不同操作. 該手術(shù)機(jī)器人主要基于圖像引導(dǎo)，通過(guò)人機(jī)協(xié)作應(yīng)用于顱頜面外科手術(shù)，將誤差控制在了0.5 mm以?xún)?nèi)[45].

目前在我國(guó)，利用機(jī)器人為手術(shù)提供定位和導(dǎo)航服務(wù)的輔助手術(shù)技術(shù)正迅猛發(fā)展. 解放軍總醫(yī)院神經(jīng)外科利用引進(jìn)于法國(guó)的Rosa機(jī)器人后，完成了累計(jì)1 000床對(duì)癲癇病人的電極植入治療. 與顱內(nèi)或者骨骼這樣的靜態(tài)剛性器官相比，機(jī)器人難以滿(mǎn)足腹部臟器穿刺的誤差需求. 該誤差可能與穿刺過(guò)程中呼吸運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的目標(biāo)點(diǎn)位移相關(guān)，或與接觸引起的肝臟變形相關(guān)，因此仍需要進(jìn)一步創(chuàng)新門(mén)控方法，以克服這類(lèi)因素的影響[46]. 2015年8至10月，基于術(shù)中實(shí)時(shí)三維影像機(jī)器人的輔助，北京積水潭醫(yī)院在將手術(shù)定位誤差基本保持在2 mm內(nèi)的情況下，接踵完成了多臺(tái)胸腰段骨折內(nèi)固定術(shù). 然而在腹部臟器穿刺領(lǐng)域，機(jī)器人輔助也無(wú)法達(dá)到骨科和神經(jīng)外科手術(shù)一樣的優(yōu)秀效果，仍面臨許多需要解決的困難[46]. 例如2017年由臺(tái)灣長(zhǎng)庚大學(xué)研發(fā)的神經(jīng)外科機(jī)械臂鉆孔導(dǎo)航系統(tǒng)以及清華大學(xué)基于顱外噪聲成分提出了功能核磁共振影像降噪算法，顯著降低了腦內(nèi)腦外的噪聲水平，提高了數(shù)據(jù)的可用性[47]. 王文東等[48]在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，輔助機(jī)器人穿刺工作如果進(jìn)行在具備柔性特質(zhì)的介質(zhì)中時(shí)，操作難度將顯著增加，最終在穿刺豬肝的過(guò)程中，平均扭曲程度約為1 mm. 肝腫瘤熱消融治療的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中，王旸等[49]的研究證實(shí)，在超聲引導(dǎo)的基礎(chǔ)下引入機(jī)器人導(dǎo)航技術(shù)，微波針與肝臟內(nèi)目標(biāo)之間的誤差可達(dá)(4.48±0.95)mm； 張肖等[50]在兔肝臟腫瘤穿刺時(shí)使用微創(chuàng)實(shí)時(shí)機(jī)器人導(dǎo)航，得到的單針誤差結(jié)果為(4.84±0.99)mm，雙針誤差結(jié)果為(6.20±1.21)mm. 目前，國(guó)內(nèi)被 CFDA 批準(zhǔn)的兩款手術(shù)機(jī)器人分別為天智航公司推出的天璣骨科手術(shù)機(jī)器人和柏惠維康科技有限公司推出的“睿米”神經(jīng)外科手術(shù)機(jī)器人[51].

2.1 康復(fù)機(jī)器人

康復(fù)機(jī)器人技術(shù)結(jié)合了機(jī)器人學(xué)和人體康復(fù)醫(yī)學(xué)方向的諸多成果，是目前醫(yī)療機(jī)器人行業(yè)蓬勃發(fā)展的重要方向之一，作為高端康復(fù)醫(yī)療術(shù)的一部分，康復(fù)機(jī)器人技術(shù)正迎來(lái)蓬勃發(fā)展的時(shí)期，有望幫助更多肢體殘疾的患者重獲運(yùn)動(dòng)能力，點(diǎn)燃他們回歸社會(huì)的希望和信心. 康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人可以替代康復(fù)治療醫(yī)師的機(jī)械重復(fù)操作，將治療師從繁重的、 重復(fù)的訓(xùn)練工作中解脫出來(lái)，使專(zhuān)業(yè)人員可以更加專(zhuān)注于治療方案的改進(jìn)，同時(shí)也為遠(yuǎn)程康復(fù)醫(yī)療及集中化康復(fù)醫(yī)療提供可能. 隨著深度學(xué)習(xí)、 自然語(yǔ)言處理、 計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)的不斷完善，康復(fù)醫(yī)療領(lǐng)域與AI技術(shù)的的融合也不斷加深, 人工智能的應(yīng)用場(chǎng)景越發(fā)豐富，逐漸在醫(yī)療影像輔助診斷、 AI輔助醫(yī)生、 藥物研發(fā)、 醫(yī)療機(jī)器人、 大數(shù)據(jù)分析等方面發(fā)揮作用. 人工智能技術(shù)和康復(fù)醫(yī)療器械、 評(píng)估設(shè)備、 康復(fù)機(jī)器人技術(shù)相結(jié)合，使康復(fù)醫(yī)療器械的使用朝著簡(jiǎn)單化、 智能化、 低價(jià)化的方向發(fā)展，康復(fù)醫(yī)療器械產(chǎn)品的普及、 下沉，甚至家用逐漸成為可能.

外骨骼設(shè)備通常又被稱(chēng)作 “動(dòng)力外骨骼”，其本質(zhì)上是人類(lèi)智能與外部輔助機(jī)械動(dòng)力裝置的結(jié)合，是一種融入了先進(jìn)的控制、 通信、 信息等技術(shù)的人機(jī)電系統(tǒng)，為操作者提供了外部保護(hù)、 身體支撐，乃至額外的動(dòng)力支持等功能[52]. 外骨骼設(shè)備的發(fā)展目標(biāo)之一便是更好地實(shí)現(xiàn)與人類(lèi)的有機(jī)結(jié)合，和使用者共同構(gòu)成一個(gè)反饋系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)人機(jī)在自由度上的一致性. 設(shè)備能夠完成對(duì)人體運(yùn)動(dòng)過(guò)程的及時(shí)追蹤并提供輔助功能； 同時(shí)也要求人可以通過(guò)自身感官，便捷地了解到機(jī)器所處的運(yùn)行狀態(tài). 民用領(lǐng)域方面，外骨骼機(jī)器人可以幫助老年人正常行動(dòng)； 醫(yī)療領(lǐng)域方面，外骨骼機(jī)器人在輔助殘疾人正常生活的同時(shí)，也大大減輕了醫(yī)務(wù)人員的工作壓力； 軍事領(lǐng)域方面，外骨骼機(jī)器人可以提高戰(zhàn)場(chǎng)的救援效率，幫助更多的受傷人員. 國(guó)外外骨骼機(jī)器人主要企業(yè)有： 以色列的Rewalk主要制造幫助腰部以下癱瘓者的可穿戴外骨骼動(dòng)力設(shè)備，日本的Cyberdyne是全球首個(gè)獲得安全認(rèn)證的機(jī)器人外骨骼產(chǎn)品的公司，美國(guó)的EksoEkso Bionics 公司是骨骼康復(fù)醫(yī)療機(jī)器人市場(chǎng)的領(lǐng)導(dǎo)者[47]. 中國(guó)外骨骼機(jī)器人研發(fā)企業(yè)近年不斷涌現(xiàn)，如璟和機(jī)器人、 大艾機(jī)器人、 睿瀚醫(yī)療等，目前大都處于研發(fā)及臨床實(shí)驗(yàn)階段，獲得 CFDA 認(rèn)證的產(chǎn)品較少.

隨著我國(guó)社會(huì)老齡化的日益嚴(yán)重，因腦卒中、 慢性疾病引起的四肢功能不全者數(shù)量日益增多，針對(duì)此類(lèi)肢體功能受損者，傳統(tǒng)的康復(fù)訓(xùn)練缺乏一套準(zhǔn)確客觀(guān)的訓(xùn)練結(jié)果評(píng)價(jià)系統(tǒng)，康復(fù)醫(yī)師的主觀(guān)判斷十分重要，且康復(fù)過(guò)程往往重復(fù)性高、 訓(xùn)練過(guò)程枯燥，意志力不足的患者很容易受各種主客觀(guān)因素影響喪失訓(xùn)練的積極性乃至康復(fù)的信心. 外骨骼設(shè)備作為一種可以提供外部助力，矯正使用者肢體錯(cuò)誤姿勢(shì)的設(shè)備，被運(yùn)用到康復(fù)訓(xùn)練中，可以根據(jù)外骨骼設(shè)備的反饋結(jié)果客觀(guān)評(píng)價(jià)患者的康復(fù)效果，減輕了康復(fù)師的工作量，大大提高康復(fù)效率. 康復(fù)機(jī)器人在國(guó)內(nèi)正處于發(fā)展初期階段，普及度低，目前有多家公司布局，市場(chǎng)集中度不高. 高端市場(chǎng)主要有國(guó)外 Hocoma AG、 Motorika 等知名公司進(jìn)入，先發(fā)壁壘高. 國(guó)內(nèi)各知名高研院所及企業(yè)也在加大研究布局，如錢(qián)璟康復(fù)、 璟和技創(chuàng)、 廣州一康等，陸續(xù)有新產(chǎn)品上市，在中低端市場(chǎng)有一定保有量. 整體來(lái)說(shuō)，我國(guó)康復(fù)機(jī)器人的發(fā)展才剛剛開(kāi)始，還沒(méi)有形成穩(wěn)定的競(jìng)爭(zhēng)格局.

隨著智能技術(shù)的發(fā)展，外骨骼設(shè)備發(fā)展十分迅速，很多康復(fù)醫(yī)療的外骨骼設(shè)備已經(jīng)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，但要實(shí)現(xiàn)外骨骼設(shè)備的廣泛應(yīng)用，仍需要解決很多技術(shù)難題. 如何讓外骨骼設(shè)備根據(jù)不同的使用者實(shí)現(xiàn)與人體的協(xié)調(diào)統(tǒng)一及穿戴便捷，將是外骨骼設(shè)備發(fā)展重要方向. 未來(lái)外骨骼的發(fā)展趨勢(shì)呈現(xiàn)出如下5個(gè)特征.

1) 模塊化. 模塊化是當(dāng)前許多高端設(shè)備的發(fā)展方向之一，也是外骨骼發(fā)展的趨勢(shì)之一，模塊化指將執(zhí)行不同功能的塊單獨(dú)設(shè)計(jì)，同時(shí)基于集成化的思想，再利用各個(gè)接口將不同的模塊拼裝在一起. 在技術(shù)更迭的過(guò)程中，依舊可以通過(guò)對(duì)不同模塊進(jìn)行更新，使外骨骼設(shè)備保持較好的適應(yīng)能力，模塊化的發(fā)展節(jié)省了設(shè)備的成本和制造周期，提高了外骨骼的適應(yīng)性.

2) 智能化. 隨著傳感技術(shù)的發(fā)展，外骨骼設(shè)備結(jié)合傳感器之后，對(duì)外界環(huán)境的感受能力及對(duì)使用者的動(dòng)作判讀將會(huì)更加準(zhǔn)確. 依賴(lài)于各類(lèi)先進(jìn)的傳感設(shè)備和強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)技術(shù)，外骨骼可以敏銳地感知內(nèi)外環(huán)境變化，同時(shí)經(jīng)由強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)處理，為人類(lèi)提供輔助的決策信息乃至直接進(jìn)行決策，從而成為強(qiáng)化人類(lèi)決策以及活動(dòng)能力的強(qiáng)大裝備.

3) 輕型化. 傳統(tǒng)的外骨骼設(shè)備體型和重量都很大，穿戴和攜帶都十分不便. 近些年來(lái)，更多的鈦合金、 炭纖維、 航空級(jí)鋁材等新型的輕質(zhì)材料被應(yīng)用在外骨骼制備上，在保證外骨骼設(shè)備性能不縮水的情況下，大大減輕了設(shè)備質(zhì)量，使操作更加便捷. 而電池技術(shù)的發(fā)展，將近一步提升外骨骼設(shè)備的續(xù)航能力，攜帶更加輕便的電池燃料，將大大提升穿戴的操作體驗(yàn)，降低使用者的負(fù)擔(dān).

4) 柔性化. 柔性化是所有機(jī)械發(fā)展的一個(gè)重要方向，外骨骼設(shè)備在柔性化發(fā)展方面，將朝著實(shí)現(xiàn)使用者能順應(yīng)穿戴者肢體運(yùn)動(dòng)如衣服般方便、 穿戴者與設(shè)備在肢體上協(xié)調(diào)統(tǒng)一的方向發(fā)展，這也使外骨骼的設(shè)計(jì)必須以人體結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)學(xué)為基準(zhǔn)，確保外骨骼設(shè)備的運(yùn)動(dòng)動(dòng)作與人類(lèi)的高度一致性.

5) 集成化. 隨著高端設(shè)備加工工藝水平的持續(xù)發(fā)展，微型化的元器件將更多地出現(xiàn)在外骨骼系統(tǒng)中. 集成化技術(shù)的應(yīng)用，將會(huì)進(jìn)一步助力外骨骼設(shè)備的輕型化，使設(shè)備在整體上體積更小，易于攜帶. 集成化的發(fā)展理念，將進(jìn)一步降低外骨骼系統(tǒng)的設(shè)計(jì)難度，提升其整體性，便利了后續(xù)的保養(yǎng)及維修，也大大增加了外骨骼設(shè)備的應(yīng)用范圍.

2.2 穿戴式+虛擬環(huán)境康復(fù)技術(shù)

自21世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)邁進(jìn)人口老齡化社會(huì). 截止2017年，我國(guó)60歲以上人口已達(dá)2.4億人，預(yù)計(jì)2025年，我國(guó)60歲以上人口將達(dá)到3億人. 腦卒中是嚴(yán)重危害我國(guó)居民生命與健康的主要疾病. 我國(guó)每年新發(fā)腦卒中人口達(dá)到300萬(wàn)，致殘率高達(dá)75%[30]. 該病導(dǎo)致的運(yùn)動(dòng)功能障礙給病人及其家庭乃至社會(huì)造成了極大的負(fù)擔(dān). 除此之外還有帕金森病、 注意缺陷多動(dòng)癥等疾病也會(huì)引發(fā)運(yùn)動(dòng)障礙綜合癥. 如果運(yùn)動(dòng)障礙綜合癥持續(xù)發(fā)展，就可能陷入運(yùn)動(dòng)機(jī)能不斷下降的惡性循環(huán)之中，最終導(dǎo)致臥床不起.

如圖4所示，一般的醫(yī)療康復(fù)手段是遵循治療師的指導(dǎo)，在其指導(dǎo)下使用一些簡(jiǎn)單的輔助器械，在原先的基礎(chǔ)上提高運(yùn)動(dòng)和協(xié)調(diào)能力. 而將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)運(yùn)用于醫(yī)療康復(fù)，同時(shí)以穿戴式設(shè)備輔助虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，相比較于傳統(tǒng)的醫(yī)療康復(fù)手段，有著以下7點(diǎn)優(yōu)勢(shì).

圖4 康復(fù)訓(xùn)練Fig.4 Rehabilitation training

1) 對(duì)治療師需求減少. 由于我國(guó)康復(fù)治療醫(yī)師資源匱乏，使用穿戴式設(shè)備+虛擬環(huán)境康復(fù)可以讓更多的運(yùn)動(dòng)障礙患者接受治療. 同時(shí)，比治療師更加有“耐心”，患者可以反復(fù)觀(guān)察、 練習(xí).

2) 減少人力、 物力，降低患者對(duì)治療場(chǎng)所的要求.

3) 虛擬環(huán)境沉浸體驗(yàn)感強(qiáng)，內(nèi)容豐富多樣，使原本枯燥無(wú)味、 重復(fù)性強(qiáng)的訓(xùn)練變得有趣、 輕松.

4) 通過(guò)穿戴式設(shè)備上的傳感器采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)分析可以很好地評(píng)測(cè)患者的運(yùn)動(dòng)機(jī)能恢復(fù)情況.

5) 虛擬環(huán)境中獲得的運(yùn)動(dòng)技能可以更好地遷移到現(xiàn)實(shí)環(huán)境中.

6) 可以將運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練、 心理治療有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，制定個(gè)體化康復(fù)訓(xùn)練計(jì)劃.

7) 提高患者康復(fù)治療運(yùn)動(dòng)的安全性. 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可有效降低患者因康復(fù)運(yùn)動(dòng)失誤所造成的風(fēng)險(xiǎn).

穿戴式設(shè)備+虛擬環(huán)境康復(fù)相比較傳統(tǒng)醫(yī)療手段有很大優(yōu)勢(shì)，但是目前仍處于發(fā)展階段，還有許多沒(méi)有克服的缺陷和進(jìn)步的空間. 總體而言，穿戴式+虛擬環(huán)境康復(fù)的發(fā)展趨勢(shì)是有更好的功能、 更低的成本、 更廣泛的應(yīng)用.

3 醫(yī)工融合技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

近幾十年來(lái)，全球醫(yī)工融合實(shí)踐已取得一系列突破性成果，數(shù)字化醫(yī)療大大豐富了醫(yī)學(xué)信息的內(nèi)涵和容量，從一維、 二維進(jìn)而三維可視化，甚至可以獲得四維信息，充分開(kāi)拓了醫(yī)生的診療技術(shù)，讓醫(yī)學(xué)進(jìn)入到一個(gè)全新可視化的信息時(shí)代. 隨著智能傳感器、 云計(jì)算、 人-機(jī)共融的智能制造模式等在臨床實(shí)踐中嶄露頭角，智慧化醫(yī)療使用最先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和大數(shù)據(jù)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)患者與醫(yī)務(wù)人員、 醫(yī)療機(jī)構(gòu)、 醫(yī)療設(shè)備間的互動(dòng)，從而使患者就診方便快捷. 從生物信息學(xué)的進(jìn)步到醫(yī)療器械的開(kāi)發(fā)無(wú)不彰顯醫(yī)學(xué)與其他相關(guān)工程學(xué)科相互交叉、 融合、 滲透的必要性. 原先“治病救人”的醫(yī)學(xué)科學(xué)目標(biāo)已經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)階段的“維護(hù)與促進(jìn)人類(lèi)健康”，這一轉(zhuǎn)變使醫(yī)工結(jié)合研究的視野大大擴(kuò)展，涵蓋了患者、 疾病、 健康群體各方面. 通過(guò)醫(yī)工領(lǐng)域融合，將醫(yī)療需求與設(shè)計(jì)制造相聯(lián)系，進(jìn)一步提高醫(yī)療器械國(guó)產(chǎn)化水平，提升新型醫(yī)療器械性能. 從未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)看，將醫(yī)、 理、 工綜合起來(lái)的研究機(jī)構(gòu)會(huì)越來(lái)越多，研究成果也會(huì)越來(lái)越豐碩，意義越來(lái)越大.

目前，我國(guó)現(xiàn)有的醫(yī)工融合研究應(yīng)用仍存在著一些亟待解決的問(wèn)題.

1) 未實(shí)質(zhì)性融合. 臨床上有什么需求理工科研究人員對(duì)此并不清楚，醫(yī)生雖然十分了解臨床上的具體需求并且有創(chuàng)新靈感，但是不能將理工科的技術(shù)應(yīng)用于臨床中. 醫(yī)工融合的研究仍主要集中于某一醫(yī)學(xué)學(xué)科，尚未形成“一對(duì)多”“多對(duì)多”的學(xué)科交叉模式. 因此，需擴(kuò)展融合的研究領(lǐng)域，著手解決醫(yī)學(xué)與工學(xué)根本上的差異，實(shí)現(xiàn)真正的醫(yī)工融合.

2) 醫(yī)工融合的產(chǎn)學(xué)研轉(zhuǎn)化鏈尚未形成. 目前國(guó)內(nèi)多數(shù)醫(yī)工融合的研究仍局限于項(xiàng)目合作階段，較少的研究會(huì)將成果轉(zhuǎn)移到臨床. 因此，需要強(qiáng)化對(duì)成果的臨床應(yīng)用性以及產(chǎn)業(yè)化前景的關(guān)注.

3) 醫(yī)工融合教學(xué)與人才培養(yǎng)難融合. 由于學(xué)科內(nèi)容、 方法論、 認(rèn)識(shí)論以及科研價(jià)值觀(guān)的不同，醫(yī)學(xué)與工學(xué)的融合教學(xué)仍處于研究階段，如何構(gòu)建適用于醫(yī)工融合教育的培養(yǎng)機(jī)制成為醫(yī)工融合教學(xué)與人才培養(yǎng)研究的重中之重.

結(jié)合我國(guó)實(shí)際臨床需求，醫(yī)療機(jī)器人與醫(yī)工融合技術(shù)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)總結(jié)如下.

1) 多功能模塊化的智能微創(chuàng)醫(yī)療手術(shù)機(jī)器人. 開(kāi)發(fā)滿(mǎn)足不同臨床需求且擁有智能化程度更高的、 定位更加靈活精準(zhǔn)的微創(chuàng)醫(yī)療手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)，通過(guò)人機(jī)交互與自動(dòng)控制技術(shù)提升手術(shù)的精準(zhǔn)性、 微創(chuàng)性和安全性，從術(shù)前規(guī)劃、 術(shù)中執(zhí)行和術(shù)后康復(fù)全方位推動(dòng)臨床理念革新.

2) 多源信息融合的神經(jīng)刺激調(diào)控與精準(zhǔn)微納治療. 針對(duì)當(dāng)前醫(yī)療精準(zhǔn)化、 微創(chuàng)化的需求，結(jié)合微納制造技術(shù)研發(fā)微米或納米尺度機(jī)器人，用以實(shí)現(xiàn)微型手術(shù)操作、 靶向運(yùn)送藥物、 細(xì)胞、 血管清理等.

3) 柔性可穿戴的多模態(tài)康復(fù)治療干預(yù)量化評(píng)估. 將柔性感知結(jié)構(gòu)、 VR/AR、 機(jī)器人和新型傳感器等技術(shù)等引進(jìn)到康復(fù)治療領(lǐng)域，未來(lái)的康復(fù)領(lǐng)域?qū)⒛軌驅(qū)崿F(xiàn)智能化、 個(gè)性化和精細(xì)化，為康復(fù)患者提供定制化服務(wù).

4) 融合5G技術(shù)的遠(yuǎn)程診斷與移動(dòng)醫(yī)療. 將5G技術(shù)融入家庭診斷、 穿戴式傳感、 移動(dòng)監(jiān)測(cè)、 智能化感知設(shè)備與家庭醫(yī)生及醫(yī)院的實(shí)時(shí)通訊中，結(jié)合AI、 VR/AR等技術(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、 遠(yuǎn)程分級(jí)診療、 遠(yuǎn)程手術(shù)、 遠(yuǎn)程示教以及老人失能監(jiān)護(hù)、 防跌倒與智能醫(yī)管，不斷推進(jìn)互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)院、 醫(yī)療集團(tuán)資源優(yōu)化配置.

5) 中醫(yī)機(jī)理標(biāo)準(zhǔn)化、 現(xiàn)代化診療創(chuàng)新儀器設(shè)備. 將經(jīng)絡(luò)五型“望、 聞、 問(wèn)、 切”的傳統(tǒng)中醫(yī)診療手段通過(guò)現(xiàn)代科學(xué)方法與儀器結(jié)合起來(lái)，直接、 可重復(fù)、 定量表達(dá)出來(lái)，并與穿戴式檢測(cè)設(shè)備、 新型傳感器、 人工智能等技術(shù)結(jié)合開(kāi)發(fā)新型中醫(yī)診療設(shè)備，推動(dòng)中醫(yī)現(xiàn)代化新發(fā)展.

4 結(jié)語(yǔ)

隨著物聯(lián)網(wǎng)、 人工智能等信息技術(shù)的發(fā)展及智慧醫(yī)療時(shí)代的到來(lái)，醫(yī)學(xué)與工學(xué)的深度融合將面臨更多新的機(jī)遇與挑戰(zhàn). 為促進(jìn)醫(yī)學(xué)與工學(xué)的深度融合，需打破學(xué)科壁壘，加強(qiáng)醫(yī)學(xué)工學(xué)人才交流，培養(yǎng)新一代的醫(yī)工融合專(zhuān)業(yè)人才，堅(jiān)持以科研項(xiàng)目為載體、 以創(chuàng)新培養(yǎng)為核心、 學(xué)術(shù)產(chǎn)出為導(dǎo)向，持續(xù)改進(jìn)提升醫(yī)工融合人才的前沿學(xué)術(shù)素養(yǎng)與創(chuàng)新科研能力. 雖然目前關(guān)于醫(yī)工融合的各項(xiàng)制度、 政策、 體系仍存在缺陷，但在國(guó)家的高度重視及國(guó)內(nèi)醫(yī)學(xué)、 工學(xué)領(lǐng)域研究人員的共同努力下，國(guó)內(nèi)的醫(yī)工融合科學(xué)技術(shù)將取得更好的成績(jī)，邁上新的臺(tái)階.