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深度解析醫(yī)療機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀與應(yīng)用前景
時(shí)間:2022-02-06 22:22:01

根據(jù)波士頓咨詢的預(yù)計(jì),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(shí)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(huì)。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(bào)道,敬請(qǐng)期待。

醫(yī)療機(jī)器人這種叫法可能有點(diǎn)誤導(dǎo),會(huì)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(shí),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(huì)不斷增長,同時(shí)也要滿足以下三個(gè)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(jì),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(huì)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(duì)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(dòng)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(gè)機(jī)器人不管用得多久,都不會(huì)疲勞,它在第一百次使用時(shí)的準(zhǔn)確性,也與第一次使用時(shí)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(shí)的殘疾患者以及行動(dòng)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(dòng)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(shí)驗(yàn)室機(jī)器人:用于進(jìn)行本藥或進(jìn)行重復(fù)性的實(shí)驗(yàn),比如艾滋病毒檢測,可以節(jié)省時(shí)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(jì),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(shí)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(huì)重點(diǎn)介紹手術(shù)機(jī)器人的歷史。

一項(xiàng)技術(shù)的起源往往植根于其前身的優(yōu)勢和劣勢,而對(duì)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(shí)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(shí)移動(dòng)腹腔鏡儀器,也有些違反直覺。另外,操作時(shí)儀器要與顯示器上所瞄準(zhǔn)目標(biāo)相反的方向移動(dòng)。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(dòng)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(gè)專門為前列腺手術(shù)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)。

在PROBOT開發(fā)的同時(shí),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(gè)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(shí)技術(shù)時(shí),對(duì)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?jiǎng)恿χ弧?/p>

在90年代初,Ames團(tuán)隊(duì)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(shí)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(jì)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(duì),并意識(shí)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(duì)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(shí)死亡率的可能性很感興趣。在美軍資助下,研究人員設(shè)計(jì)了一種系統(tǒng),其中受傷的士兵會(huì)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(dòng)高級(jí)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(shí)死亡率。該系統(tǒng)已經(jīng)在動(dòng)物模型上取得成功,但還沒經(jīng)過實(shí)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(dòng)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(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行了廣泛的重新設(shè)計(jì),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(gè)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(gè)部分:手術(shù)控制臺(tái)、控制系統(tǒng)以及機(jī)械臂。醫(yī)生坐在手術(shù)控制臺(tái)上對(duì)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(shí)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。

關(guān)鍵詞: 醫(yī)療機(jī)器人

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