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在不久前出版的由中国科协主编、中国生物医学工程学会编著的《—生物医学工程学科发展报告》的综合报告中，介绍了我国医用机器人的研发和应用进展。 报告指出，医用机器人(MedicalRobotics)是以人类健康需求为服务时，发掘机器人的技术特点，辅助人们更好地完成疾病诊疗和健康护理任务的特殊机器人，是生物医学工程的又一个新前沿。从工程来说，医用机器人符合一般工业机器人的特征，由机构、驱动、感知和智能控制四部分组成。就功能而言，医用机器人大致可分为手术机器人、康复机器人、助老助残机器人、护理机器人、急救机器人等。其中，外科机器人发展最快，已开始进入发展成熟期，它大大推动了微创外科的进步；康复机器人、护理机器人、助老助残机器人等，用于提高各类人的生命质量，则更符合21世纪医学变革的大方向和社会老龄化的需求，前景广阔；应急救援机器人主要用于灾变、战争危险场所，对安全性、可靠性和操作性等要求更高，与军队卫勤保障有密切关系。我国医用机器人技术研究起步较晚，大部分为分散（非系统）的应用基础性研究，产业化技术研究和结合临床的产品开发较少，市场化程度很低，更缺乏统筹规划和系统监督。整体而言，与美、欧等发达国家和地区相比，差距显著。但近年来，以北京天智航医疗科技股份有限公司为研发平台，医院和北京航空航天大学机器人研究所等组成的产学研医有机结合的联合研发团队，在骨科手术机器人方面取得了从零开始的连续突破。医院合作完成的“”项目成果（定位方法）为核心，进行产业化转化，开发了我国第一代骨科机器人产品GD-A，于年10月取得了国家食品药品监督管理局（现国家食品药品监督管理总局）Ⅲ类医疗器械注册证，使我国成为继美国、瑞典、以色列之后第四个获得医疗机器人注册许可证的国家，实现了零的突破。接着，医院的研究资源，于年成功推出第二代骨科导航手术机器人（GD-）。该系统可以辅助完成股骨颈和骨盆骶髂关节骨折的微创手术治疗，将手术定位精度提高到1mm，并将术中辐射剂量降低90%。在上述基础上，联合研发团队开发了第三代通用型影像导航骨科机器人，并充分融合医生临床经验，形成了机器人智能骨科手术体系，实现了重大突破，跃居该领域世界前列。其创新点主要是：第一，手术精确定位——手术机器人的核心技术基于2-PPTC结构的骨科双平面定位方法，该方法用两幅X光片实现三维精确定位，定位精度达0.8mm，领先于世界水平(1.0mm)，定位所需X射线透视次数减少了73%。第二，基于光电导航时实时追踪的机器人伺服控制和不同手术操作规范的制订。将光电导航与手术机器人有机结合，综合光电导航实时追踪和机器人高精度定位的优势，实现基于光电导航实时位置反馈的伺服控制和基于虚拟透视图像的伺服控制，进一步提高手术定位和操作精度，保障手术的安全性和有效性，进而凝练专家经验，针对不同手术制订操作规范。二者结合，解决了手术导航临床精度的难题。导航精度由(3.03±2.05)mm提高到(0.74±0.30)mm，实现了质的飞跃，居世界领先水平。第三，成功研制了通用型影像导航骨科手术机器人TiRobot。TiRobot功能和技术指标居世界领先水平。应当特别指出的是，尽管天智航骨科手术机器人(TiRobot)技术指标和功能明显高于美国和以色列同类产品，但售价仅为它们的12%~20%，名副其实是“省钱”的生物医学工程！第四，机器人手术安全控制。安全性对于机器人手术来说是生命线。通过建立多重安全控制策略，可以实现完善的分级、主被动安全控制方式，保证手术的可靠与安全。建立机器人规划仿真手术路径、软件复核确认手术指令、术者手动调节执行末端的三级安全控制策略，以避免手术误操作；通过实时监测机器人各关节驱动电流来控制机器人的驱动力矩，实现机器人的碰撞检测来保障系统使用安全性。第五，手术机器人与手术室一体化集成。手术机器人与传统工业机器人的最大区别在于其工作的环境具有高度的非结构化特性。其工作空间与医生、患者所处的空间高度耦合，工作时需要与医生紧密配合，操作对象又是人体的各种组织。因此，必须重点突破手术室非结构化环境分析、建模和优化、手术机器人构型和轨迹的优化、新型人机交互方法、术中传感、适应人体组织特性的操作方式等共性关键技术。手术室一体化集成是随着高科技产品的使用和微创技术的发展而诞生的一个新的医疗系统集成技术，它是手术室的高效率、高安全性以及提升手术室对外交流平台为目的的多个系统（如医学、工控、通讯、数码等）的综合运用。医用机器人一体化手术室，将医用机器人的执行方案、工作状态、控制信息与手术室内的常规设备信息、患者的病例信息、环境信息融合为一体，辅助医护工作人员完成手术工作。医用机器人一体化手术室可将所有关于患者的信息以最佳方式进行系统集成，使手术医生、麻醉医生、手术护士获得全面的患者信息、更多的影像支持、精确的手术导航、通畅的外界信息交流，为整个手术提供更加准确、更加安全、更加高效的工作环境，也为手术观摩、手术示教、远程教学及远程会诊提供了可靠的通道，从而创造手术室的高成功率、高效率、高安全性以及提升手术室的对外交流。有鉴于此，天智航团队围绕他们的骨科手术机器人，考虑到机器人微创手术和远程医疗的需要，实现了这一点。这集中体现于国内专家智能骨科手术中心的建立。围绕着智能骨科手术中心的建立，研发了系列新装备（以TiRobot骨科手术机器人为核心），取得了38项自主知识产权。骨科机器人TiRobot的成功研制确实推动了我国骨科临床医学水平的进步。医院田伟等在国际上率先提出了计算机辅助微创脊柱手术(CAMISS)理念和综合治疗策略，首创借助骨科手术机器人实现的七种手术方法，效果居国际领先水平。“基于影像导航和机器人技术的智能骨科手术体系建立及临床应用”获年度北京市科技进步一等奖，后被评为年度国家科技进步二等奖。热点领域和国内进展除了已获注册的骨科手术机器人外，近年来我国对医用机器人的研究亦日见重视，取得了不容忽视的进展。无疑，这是良好的开端。1.脊柱微创手术机器人成功开展临床试验该脊柱微创手术机器人由中国科学院沈阳自动化所和第三军医大学联合研制。机器人包括串联机械臂和控制台，能够部分代替医生完成诸如椎弓钉钻孔等精细操作，避免医生人工操作时X射线辐射累积问题。年7月，该医院成功开展临床试验，填补了国产脊柱手术机器人的空白。2.“妙手”机器人成功开展腔镜临床应用“妙手”机器人是天津大学研制的一种微创外科手术机器人系统。其特点是采用了丝传动解耦设计和轻量化可重构系统设计等创新技术，机器人的体型比达·芬奇机器人更轻更小巧，成本更低，且可实现模块化组装。通过图像处理、力反馈控制等关键技术，提高了手术安全性和可靠性，代替外科医生完成复杂手术操作，如切开、止血、打结、缝合等。年春，医院使用该机器人成功开展了3例机器人手术。经伦理审查和知情同意，分别实施“腹腔镜探查+手术机器人辅助胃穿孔修补术”和“腹腔镜探查+手术机器人辅助阑尾切除术”，患者术后病情均保持稳定。3.锥束CT引导经自然腔道介入仿生型放疗机器人 中科院深圳先进技术研究院开发的经自然腔道介入仿生型放疗机器人由锥束CT影像引导系统、蛇形腔内施源器、治疗计划与导航系统组成，可实现多模配准和腔内形状的三维实时建模。蛇形机器人具有连续变形能力，并装配多自由度电子内镜，末端工具可更换，可在狭窄空间内适应多种灵巧任务，适应胸腹、自然腔道内避障、精细操作等置源需求。4.DSA（血管造影）引导血管介入机器人 中科院深圳先进技术研究院、中科院自动化所、北京航空航天大学、北京理工大学等多家科研院校／机构已开展血管介入机器人的研究。主体以脑部动静脉畸形和动脉瘤微创外科手术为背景，研发具有力觉、视觉和听觉等多感知信息的新型脑外科血管介入手术决策和机器人系统。项目研究了脑血管介入机器人的智能导管／导丝递送推进机构、定位和控制系统、力感知与力反馈、手术器械示踪和实时跟踪、误操作预警和防范、血管三维重建、导航精度评价等关键技术。构建并研制出基于血管组织模型和多传感信息反馈技术的新型设备，实现移动式血管介入手术操作。5.康复机器人研究 清医院等单位是我国最早从事神经康复机器人及其康复技术研究的科研团队。从21医院联合申请并承担了包括国家“”课题、支撑计划课题、国家自然科学基金等多项国家级科研课题，相继研发出了上肢神经康复机器人、截瘫患者下肢康复训练机器人、下肢多关节外骨骼偏瘫康复训练机器人等康复设备及临床康复辅助技术，研制的偏瘫患者神经康复训练机器人以及截瘫助行外骨骼机器人，已在中国康复研究中心、医院等开展了临床验证，取得了传统康复方法所不能达到的临床康复效果，部分技术获得应用推广。展望和建议1.技术方面 目前医用机器人研究的热点主要集中于：①智能化和集成化：多信息传感集成、机器人与手术室集成，推动诊疗一体化发展；②小型化和模块化：便于推动医用机器人的标准化发展；③便携式和可穿戴：进一步提高人机协同操作能力。 2.从发展方向而论 ①从市场需求来看，手术机器人需要甚殷，但必须坚持“发展‘省钱’的医学工程”，以利于医疗费用控制。骨科手术机器人研发的成功堪为范例。②就社会进步、医学变革而论，广义的康复机器人（含助残、助老机器人），社区、家庭护理机器人等当列入战略优先。 3.从国家需求来说，急救机器人，尤其是灾变、战场救援机器人乃当务之急骨科手术机器人研发成功启示我们，医工结合，乃至医工融合，是成功的前提，而所有这一切均取决于国家的整体部署和政府的政策和全面监督。（雍伟哲整理自《—生物医学工程学科发展报告》）中华医学信息导报 |
