深度解析醫(yī)療機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀與應(yīng)用前景

　　根據(jù)波士頓咨詢的預(yù)計，現(xiàn)在每年醫(yī)療機(jī)器人的營收是40億美元，2020年將達(dá)到114億美元，成為第二大機(jī)器人市場。本文為新智造推出的醫(yī)療機(jī)器人專題的第一篇，梳理醫(yī)療機(jī)器人的歷史發(fā)展軌跡，從而窺探未來市場的無限可能。新智造作為旗下欄目，關(guān)注智能時代的創(chuàng)新與創(chuàng)造，目標(biāo)是找到值得創(chuàng)業(yè)和投資的機(jī)會。后續(xù)我們還將帶來行業(yè)玩家、資本以及初創(chuàng)企業(yè)等更多關(guān)于醫(yī)療機(jī)器人的報道，敬請期待。

　　醫(yī)療機(jī)器人這種叫法可能有點(diǎn)誤導(dǎo)，會讓人聯(lián)想到獨(dú)立操作預(yù)編程任務(wù)，而無需監(jiān)督的機(jī)器。這樣的應(yīng)用在工業(yè)上很流行，但在處理人體任務(wù)時，人的技能也是非常重要的。

　　一般認(rèn)為，醫(yī)療機(jī)器人應(yīng)該是醫(yī)療器械，但又不同于醫(yī)療器械。它能夠輔助醫(yī)生，擴(kuò)展醫(yī)生的能力，智能水平也會不斷增長，同時也要滿足以下三個方面：醫(yī)用性、臨床適應(yīng)性以及良好的交互性。

　　醫(yī)療機(jī)器人在最近幾十年才開始被使用，但他們的存在感正在急劇加強(qiáng)。

　　根據(jù)波士頓咨詢的預(yù)計，現(xiàn)在每年醫(yī)療機(jī)器人的營收是40億美元，2020年將達(dá)到114億美元。這其中最知名的醫(yī)用機(jī)器人公司Intuitive Surgical在2014年的營收就達(dá)到了21億美元。而得益于醫(yī)用機(jī)器人的快速增長，未來商業(yè)機(jī)器人會取代軍用機(jī)器人，成為第二大機(jī)器人市場，市值達(dá)到170億美元。

　　醫(yī)療行業(yè)對機(jī)器人感興趣的原因很多，這可以與制造業(yè)中采用自動化機(jī)械的原因作比較。這不是說醫(yī)療機(jī)器人解決的問題是一樣的，但所帶來的益處無疑是相似的。機(jī)器人為行業(yè)帶來的好處，可能比最專業(yè)和最勤奮的醫(yī)療工作者更多，主要包括速度、準(zhǔn)確性、可重復(fù)性、可靠性和成本效益。一個機(jī)器人不管用得多久，都不會疲勞，它在第一百次使用時的準(zhǔn)確性，也與第一次使用時一樣。

　　就目前來說，醫(yī)療機(jī)器人主要分為以下幾類：

　　外科手術(shù)機(jī)器人：可用于手術(shù)影像導(dǎo)引和微創(chuàng)手術(shù)，多數(shù)由外科醫(yī)生控制，醫(yī)生掌握輸入設(shè)備，機(jī)器人按指令在患者身上操作。

　　康復(fù)機(jī)器人：用于輔助和治療老年、永久或臨時的殘疾患者以及行動不便的人群，用戶通過視覺反饋和各種輸入設(shè)備控制機(jī)器人，從而執(zhí)行簡單的任務(wù)，例如將食物放在口中，或翻書，或站立和行走等。

　　醫(yī)用服務(wù)機(jī)器人：常見形式是在醫(yī)院中運(yùn)輸類移動機(jī)器人，用于取藥或分配藥物，還有消毒和殺菌機(jī)器人等，可以解決醫(yī)院工作人員供不應(yīng)求的問題，分擔(dān)一些沉重而繁瑣的工作。

　　實驗室機(jī)器人：用于進(jìn)行本藥或進(jìn)行重復(fù)性的實驗，比如艾滋病毒檢測，可以節(jié)省時間，為其他目的騰出人力，主要普及原因是能夠以高速，可靠和無疲勞的方式執(zhí)行重復(fù)任務(wù)。

　　當(dāng)然，上面的分類不一定能涵蓋所有醫(yī)療用的機(jī)器人，其它還有用于陪伴的情感類機(jī)器人，它們可以幫助治療癡呆癥和認(rèn)知障礙，也能用于康復(fù)類型的家庭護(hù)理。

　　據(jù)統(tǒng)計，目前手術(shù)機(jī)器人占比最高，在六成以上。這主要利益于它發(fā)展的較早，實用性和效果最為顯著。不過隨著機(jī)器人和人工智能類技術(shù)的發(fā)展，康復(fù)和服務(wù)機(jī)器人也在迎頭追趕。下文中會重點(diǎn)介紹手術(shù)機(jī)器人的歷史。

　　一項技術(shù)的起源往往植根于其前身的優(yōu)勢和劣勢，而對于手術(shù)機(jī)器這，這位前者就是腹腔鏡手術(shù)。

　　腹腔鏡設(shè)備本身無法提供觸覺反饋(力和觸覺)，也沒法讓手眼實現(xiàn)自然協(xié)調(diào)和靈巧操作。在觀看二維視頻監(jiān)視器的同時移動腹腔鏡儀器，也有些違反直覺。另外，操作時儀器要與顯示器上所瞄準(zhǔn)目標(biāo)相反的方向移動。這些都讓腹腔鏡的優(yōu)點(diǎn)難以發(fā)揮，而為了克服這些限制，也就推動了手術(shù)機(jī)器人的發(fā)展。

　　手術(shù)機(jī)器人的首次使用，是1985年的PUMA 560，它可以精確控制神經(jīng)外科活檢。三年后的1988年，PUMA 560被用在了前列腺手術(shù)中。該系統(tǒng)也促成了PROBOT的出現(xiàn)，它是一個專門為前列腺手術(shù)設(shè)計的系統(tǒng)。

　　在PROBOT開發(fā)的同時，Integrated Surgical Supplies也在開發(fā)另一款機(jī)器人。1992年ROBODOC誕生，這一機(jī)器人可協(xié)助外科醫(yī)生進(jìn)行了全髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)，它也是第一個獲得FDA批準(zhǔn)的手術(shù)機(jī)器人。

　　同樣是在20世紀(jì)80年代中后期，美國國家航空航天局NASA的Ames研究中心的一組成員在研究虛擬現(xiàn)實技術(shù)時，對使用這種技術(shù)開發(fā)遠(yuǎn)程呈現(xiàn)(telepresence)手術(shù)生起了興趣。這種遠(yuǎn)程外科手術(shù)的概念也成為手術(shù)機(jī)器人發(fā)展背后的主要動力之一。

　　在90年代初，Ames團(tuán)隊的幾位科學(xué)家加入了斯坦福研究所SRI。與SRI的其他機(jī)器人以及虛擬現(xiàn)實專家合作，這些研究者開發(fā)了一種用于手術(shù)的靈巧的遠(yuǎn)程手術(shù)操作器。他們的主要設(shè)計目標(biāo)之一，是給外科醫(yī)生提供直接在患者身上進(jìn)行手術(shù)的感覺，而不是像在其它房間做手術(shù)。

　　在開發(fā)這些機(jī)器人的過程中，一些普通外科醫(yī)生和內(nèi)鏡醫(yī)師也加入了開發(fā)團(tuán)隊，并意識到，這些系統(tǒng)在改善常規(guī)腹腔鏡手術(shù)的局限性方面具有很大的潛力。

　　另一方面，美軍也注意到了SRI的工作，并對通過遠(yuǎn)程呈現(xiàn)“將外科醫(yī)生帶到受傷士兵身邊”，降低戰(zhàn)時死亡率的可能性很感興趣。在美軍資助下，研究人員設(shè)計了一種系統(tǒng)，其中受傷的士兵會被放入配備了機(jī)器人手術(shù)設(shè)備的車輛中，然后由附近的移動高級外科醫(yī)院(MASH)的外科醫(yī)生遠(yuǎn)程操作手術(shù)。

　　這套系統(tǒng)備受期待，很可能防止士兵在到達(dá)醫(yī)院前過度失血，從而減少戰(zhàn)時死亡率。該系統(tǒng)已經(jīng)在動物模型上取得成功，但還沒經(jīng)過實際戰(zhàn)場傷員護(hù)理測試。

　　后來，幾位為在美軍開發(fā)手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)的外科醫(yī)生和工程師，成立了一家商業(yè)公司Computer Motion，開始將機(jī)器人技術(shù)引入民用手術(shù)領(lǐng)域。值得注意的是，這家公司獲得了美軍的種子資金，并開發(fā)出了自動內(nèi)窺鏡優(yōu)化定位系統(tǒng)(AESOP)，這是一種由外科醫(yī)生控制的機(jī)器人手臂，用于操縱內(nèi)窺鏡攝像機(jī)。

　　AESOP上市后不久，Integrated Surgical Systems公司(也就是現(xiàn)在的Intuitive Surgical)獲得了SRI Green Telepresence Surgery手術(shù)系統(tǒng)的授權(quán)。然后他們對該系統(tǒng)進(jìn)行了廣泛的重新設(shè)計，并最終成為了達(dá)芬奇手術(shù)系統(tǒng)。2000年，達(dá)芬奇機(jī)器人獲得FDA批準(zhǔn)，成為第一個綜合腹腔鏡手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)。

　　達(dá)芬奇手術(shù)系統(tǒng)主要包括三個部分：手術(shù)控制臺、控制系統(tǒng)以及機(jī)械臂。醫(yī)生坐在手術(shù)控制臺上對電腦做出相應(yīng)的指令，攝像頭提示人體器官里面的相應(yīng)情況，醫(yī)生依據(jù)這些反饋信息做出手術(shù)決策。

　　在達(dá)芬奇誕生后的一年中，Computer Motion的Zeus系統(tǒng)也投入生產(chǎn)。手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)此后一段時間的發(fā)展，基本由上述兩家公司主導(dǎo)。此后在2003年，Intuitive Surgical收購了Computer Motion，Zeus系統(tǒng)也不再積極銷售。

　　手術(shù)的發(fā)展一樣，其它類型的機(jī)器人，如假肢和外骨骼等，也有了巨大的進(jìn)步。