盘点4大场景22大类医疗机器人聚焦未来智能医疗

  在迪斯尼的动画电影《超能陆战队》里讲述了一位小朋友和机器人健康助手大白(Baymax)的故事。大白的在片中的使命就是关心他人，作为一个专业的健康顾问，只需一次简单快速的扫描，大白就能检测出生命指数，并且根据疼痛程度治疗疾病。大白还可不断学习，升级疾病库，完善自身系统。实际上，大白远不单单是纯粹的虚构角色，大白的形象和功能设定参考了卡内基梅隆大学、哈佛大学、麻省理工学院等顶级研究机构对下一代机器人的趋势看法，是人们对未来医疗机器人具体形态的科学设想。

  机器智能时代已经来临，智慧医疗机器人的应用也慢慢变得普遍。智慧医疗机器人是传感器、自动化、人工智能等多种技术相结合形成的智能体，在医疗行业中的应用主要涵盖了医疗手术、康复运动、医疗后勤、医护辅助四大场景，在高精度微创手术、康复训练、病房消毒、医疗物资运送、院前导诊、药房抓药等多方面都发挥着作用，在现代化的医院当中，智慧医疗机器人正发挥着越来越不可忽视的作用。

  手术机器人和康复机器人是智慧医疗机器人最重要的两种产品形态，由于其功能上的不可或缺性，受到智慧医疗机器人厂商和医疗机构的最广泛关注。国外的智慧医疗机器人厂商由于起步较早，具备一定的技术优势，占据了较多的高端市场占有率，但国内的智慧医疗机器人厂商也在迎头赶上，不断加大技术和市场投入，并在导诊机器人、后勤机器人等一些特色产品领域占据了一定的市场，此外，政策上的扶持也給国内智慧医疗机器人厂商带来了更多市场机会和竞争优势。

  智慧医疗机器人的发展也存在诸多挑战。高精度手术机器人依旧存在严重故障风险，严重时可危及到患者的生命安全，如最知名的达芬奇手术机器人，就存在操作台抓手无“力反馈”、术后患者手术车无法移动、手术过程中仪器突然显示黑屏等潜在风险。在人机交互方面，目前的语音交互技术尚不完全成熟，无法100%识别对话者意图，当应用于智慧医疗机器人时，面对复杂的医疗场景，就更难达到理想效果。

  技术进步是驱动智慧医疗机器人发展的最核心因素。人工智能技术在处理计算机视觉、自然语言处理、语音识别等技术任务方面存在天然优势，能够大大增强智慧医疗机器人的交互能力，传感器技术的慢慢的提升，则提高了智慧医疗机器人的精细化感知能力。医疗场景多样复杂，对机器人的运行要求也较为严格，智慧医疗机器人作为结合多类高精尖技术的综合体，需要工业界、AI技术商、医疗机构等多方共同协作，才能开发出满足实际医疗场景需求的机器人产品。

  机器之心希望能够通过本报告《机器智能时代下医疗机器人的新变革——医疗行业中智慧医疗机器人的应用现状及展望》，帮助医疗机器人产业链上下游相关企业管理者及研发技术人员、机器人零部件及材料供应商、医护人员、医疗机构管理人员系统性了解智慧医疗机器人的发展近况，为关注医疗行业智能化升级的从业者全面展示智慧医疗机器人的应用全貌，并提供详实的案例参考。

  Stryker公司的MAKO关节外科骨科机器人在2015年8月获得美国食品药品监督管理局(FDA)核准，是一款半主动型手术机器人，可用于单髁、全膝及全髋关节置换术。它通过术前CT扫描设计手术计划，术中依据个体化模型实时校正，在触觉反馈系统下防止过度操作。2015-2017年间，Mako机器人在美国、英国、澳洲与德国65家医院使用，共进行超过1400次手术。临床数据表明，在2年内使用Mako部分膝关节置换的翻修率仅有0.5%，采非Mako手术则为3.5%，代表临床质量获得大幅度的提高。另外，前者30天并发症率也降低36%，使用Mako手术者，在90天内并发症比率与再入院成本也比非Mako手术低66%。

  SpineAssist机器人系统是由以色列公司开发用来进行脊椎手术的小型机器人，是目前用于脊柱手术临床使用较成熟的机器人系统。SpineAssist机器人系统的原理是首先将患者的脊柱CT资料输入机器人软件，软件将CT资料转换为3D影像，术者通过影像选择正真适合手术部位、介入方式及置入物尺寸，来形成术前手术方案，然后将机器人固定在患者脊柱上，机器人到达方案中手术介入点修复误差，开始螺钉置入的手术过程。该机器人手术系统适用于脊柱手术过程中螺钉置入固定。一项基于2005年6月至2009年6月期间在美国，德国和以色列的14家医院做的840多例病例的临床实验表明，SpineAssist在脊柱手术中98％的种植置具有临床准确性。相比之下，文献中记录的手动植入物在大约10％的病例中放置是错位的，研究表明，与自由手术相比，SpineAssist有助于明显降低错位螺钉和神经功能缺损的发生率。

  2007年，美国国防部的高级计划研究机构(DARPA)为帮助因为战争而截肢的军人更好的回归日常生活，花巨资资助启动以研发新一代的假肢为目的的“Evolutionizing-Prosthetics”研究课题。2014年，DAPRA的研究员研制出新新一代LUKE仿生假肢，LUKE可以一次处理多个指令，这使它能尽可能的自然运动。DARPA宣称，LUKE假肢能辨别10种不同肌电信号指令，并能完成十分灵巧的手臂和手部动作，同时还配置了握力反馈。根据对其的早期测试，LUKE已经可以相当灵活的完成日常生活非常精细的动作，如梳头、开锁等。在获得FDA批准生产后，DARPA宣布向沃尔特·里德国家医疗中心(WRNMMC)提供该种假肢。接下来，它将跟其他来自同一产品线的假肢一同为服务。WRNMMC将选出符合规定的，而制造LUKE的MobiusBionics公司将在医院展开假肢操作培训。

  Fourier M2是傅利叶智能自主开发的新一代上肢康复机器人，汇集多种功能训练模式，可实现多样化的任务导向训练，将运动控制训练和认知训练相结合，肌力训练和关节活动度训练结合的训练方式。在实际应用场景中，上肢康复机器人通过力反馈技术，可以模拟治疗师的手感，像治疗师的手一样，牵引中风、脑瘫、上肢功能障碍等患者的上肢进行康复训练。机器人还可以判断每个动作是否标准，根据患者的反馈实时智能进行调整，不断根据训练的数据库，给予最优的方案。设备的多个方位上都内置了各类高精度传感器，让整个训练过程做到有量可循，即每一次训练后系统会自动生成图文并茂的报表，帮助康复治疗师为患者制定个性化的康复训练方案。Fourier M2是中国首个批量出口欧美的康复机器人，可用于医院康复科、社区康复中心、养老服务机构等。

  钛米自动配送机器人系统主要用于手术室、静配中心、检验科、住院药房、中心供应室等医疗场景与病区之间的大批量物资配送，可实现院内重点科室全覆盖。钛米自动配送机器人可自主路径规划、自动导航与灵敏避障，自主通过自动门与上下电梯，可实现多台机器人同时配送不间断。钛米自动配送机器人通过身份识别与权限管理，保障物资配送与使用的安全性，打造智慧化物资配送与管控的闭环管理。钛米自动配送机器人系列已在全国超百家医院落地使用，包括郑州大学第一附属医院、武汉协和医院、上海交通大学医学院附属仁济医院、上海交通大学医学院附属瑞金医院等。在仁济医院中，自2017年9月到2018年8月，钛米机器人配送平均每天33趟，全年累计代替巡回护士走了7320公里，约1830万步，减少护士取耗材时间约610小时，不仅减少了巡回护士工作量，同时实现了二级库房医疗物资尤其是高值耗材的入库、申领、出库、配送等全程管理。

  医疗设备制造商Xenex消毒服务公司生产的消毒机器人可以有效利用脉冲氙紫外线技术，净化手术室，消灭隐藏于医疗设备中的可能造成医院获得性感染的微生物。Xenex的除菌机器人所使用的脉冲氙气是一种环境友好型的惰性气体，可以创建全光谱，通过高强度紫外线灯，不到五分钟就能够快速消灭感染性细菌。不同于由汞灯泡产生的窄光谱UV光，脉冲氙UV已经经过反复证明，可以降低了感染率并增强患者的安全性。根据已经使用Xenex设备的医院发布的研究结果表明，当这些医院使用Xenex的机器人为房间消毒时时，C.di、MRSA、以及手术部位感染率可以下降50-100％。Xenex机器人根据医院环境进行设计，便携且易于使用，使用过程中不会中断医院日常工作。根据机器人的不同型号，每次消毒大约需要4-5分钟。每天机器人大约可以为包括病房、手术室、设备室、急诊室、重症监护室和公共区域等在内的30-62个房间消毒。目前有包括美国，加拿大，欧洲，非洲和日本在内的大约400家医院、事务部和国防部设施正在使用Xenex机器人。这些机器人也可以用于护理设施，流动手术中心和长期急性护理设施的消毒。

  卫邦配液机器人WEINAS通过标准化的工具与流程，可以在几分钟之内实现西林瓶与安瓿瓶药剂的混合配制。这一过程中，WEINAS能够实现“药品检测、针头软管排气、西林瓶药剂混合、安瓿瓶切割、药液抽取、剂量检测、输液袋药剂混合、针头丢弃”等一连贯操作，能够同时针对安瓿瓶、西林瓶进行配液，WEINAS对安瓿瓶的切割失误率为万分之五，远超人工操作的精度。借助图像识别技术，WEINAS能实现对安瓿瓶内试剂的精准抽取。卫邦为配液机器人开发了一整套交互系统，关于减速器、摇液盘、马达等重要零部件，卫邦则选择让三菱、三洋、东芝等日本企业供货。配液机器人目前成本较高，医院采用医院不够积极，据相关人士测算，一台400万的配液机器人，一小时可以配12单，按照目前PIVAS（静脉药物配置中心）系统的收费标准，一单最多也就15元，一小时的营收是180元。由于注射用药物有一定的时效性要求，病房注射大部分集中在早晨，存在负荷峰谷问题，所以满负荷工作估计也就是从早上7点到11点这四个小时，其他时间就要闲很多，满打满算一天1500元的效益，一年也只有45万。9年才能达到400万，而且这还不算工作损耗、维护和人工费用。

  Handy1服务机器人第一代样机由英国Mike Topping公司在1987年开始开发，用以完成身体部分功能障碍患者的日常护理，例如进餐、饮水、刮胡须、刷牙等。Handy1具有通话功能，可以在操作过程中为护理人员及用户提供有用的信息，同时有助于突破语言障碍。它配备了三种不同的托盘：吃喝托盘、洗脸托盘、化妆托盘。该机器人还能够实现在启动后的自动比较，位置上的信息反馈并且做到实时纠正用户在操作中的错误，能够为患者或护理人员提供语音帮助和提示。

  在Handy1的托盘部分装有光扫描系统，它使用户能够从餐盘的任何部位选择食物。一旦系统通电，餐盘中的食物就被分到若干格中，共有7束光线在餐盘的后面从左到右扫描。用户只需等到光线扫到他想吃的食物的那一格的后面时，就可按下开关，启动Handy1。机器人前进到餐盘中所选中的部分，盛出一满勺食物送到用户的嘴里。用户可按照自己希望的速度盛取食物，这一过程可重复进行，直到盘子空了为止。机器人上的计算机始终跟踪盘中被选中食物的地方，并自动控制扫描系统越过空了的地方。利用托盘上的第8束光线，用户在吃饭时可以够得到任何地方的饮料。

  陆虎60雪炮消防车由德国施密茨公司生产，由轨道运载车、一辆大功率履带车和一门高压雪炮组成。大多数都用在隧道、地铁、地下空间、大型化工企业等灾害事故现场的灭火救援，属半智能化机器人，国内仅天津、成都等地消防部门配备。该机器人通过大密度的水表面积使环境和温度迅速降低，具有驱散有毒有害烟雾、开拓灾害现场视野、改变烟道气流方向等功能。该消防车长2.3米、高1.94米，自重1.89吨，陆地行驶时速6公里，轨道行驶时速40公里，爬坡能力30度，涉水深度7.5厘米，喷嘴流量400升/分钟，喷射距离60米，送风速度170公里/小时。“路虎60”背负的高压雪炮内有360个喷嘴，水流经过喷嘴后雾化成水汽，再经风轮吹出，一次可喷射出大约10亿个水珠。这样的水雾不但可以灭火和冷却通道，还具备强大的排烟功能。水炮开始射水后，喷头能立刻将水柱雾化，让水雾对烟雾进行相对有效稀释，排烟量达9万立方米/小时。

  国家纳米科学中心团队发展了基于超分子自组装的DNA纳米机器人，用于活体运输凝血酶进行肿瘤治疗。该工作利用DNA折纸术构建智能化的分子机器，通过自组装将凝血酶包裹在分子机器的内部空腔，使其与外界底物隔绝而处于非活性状态；分子机器两端装载有核酸适配体，提供靶向识别和定位功能；当DNA纳米机器人到达肿瘤血管时，纳米机器上的开关识别特异标志物而发生结构变化，使得开关从闭合状态变为开启状态，整个纳米机器由管状结构打开变为平面结构，暴露出内部装载的凝血酶进而实现诱导栓塞的功能。这种智能化的DNA纳米机器人有望为肿瘤血供阻断治疗策略提供一种高效低毒的药物新剂型。以其强大的活体运输和响应识别功能，作为智能化的给药平台，进行多种药物的联合高效递送。有望对传统难以成药的物质（如毒素、蛇毒蛋白等）实现有效包载和智能递送，进而推动全新抗肿瘤药物的开发，在纳米药物领域具有广阔的应用前景。

  本报告《机器智能时代下医疗机器人的新变革——医疗行业中智慧医疗机器人的应用现状及展望》是机器之心产业研究团队推出的《「智周」人工智能技术应用报告系列》之一。

  本系列报告全部被收录于AI领域专业信息及数据平台「机器之心Pro」。

  原标题：《盘点4大场景22大类医疗机器人，聚焦未来智能医疗的这一重要角色》返回搜狐，查看更加多