医疗机器人的研究与进展

侯小丽 马明所

1郑州澍青医学高等专科学校 （ 郑州 450064）

2郑州市第十九中学 （ 郑州 450000）

医疗机器人技术是集医学、生物力学、机械学、机械力学、材料学、计算机图形学、计算机视觉、人工智能、数学分析、机器人等诸多学科为一体的新型交叉研究领域，有着广泛的应用前景，是目前机器人领域的一个研究热点，包括被应用在以诊断、治疗、康复、护理和功能辅助为主的医学领域的机器人。下面介绍部分医疗机器人的研究现状及发展方向。

1.外科手术机器人

外科手术机器人即内窥镜手术器械控制系统，人类历史上第一次应用手术机器人可以追溯到上世纪80年代[1]，由于其无可比拟的优越性，自诞生之日起就得到了快速而稳定的发展。目前，外科手术机器人系统开始进入发展成熟期，如Computer Motion公司的ZEUS等[2]。随着当前科学技术日新月异的发展，外科机器人将引领微创外科进入一个崭新的时代：1）研究能更好地应用于软组织外科的手术机器人；2）开发具有触觉反馈功能的操作系统和操作器械；3）开发小型化、专门化、低成本的手术机器人系统；4）趋向于智能化和自动化[3]；5）远程手术这一充满发展前景的技术将得到推广和应用[4]。

2.康复和护理机器人

2.1 康复机器人

首次尝试把为残疾人服务的机器人系统产品化是在20世纪的60年代到70年代，第一台康复机器人CASE。20世纪80年代是康复机器人研究的起步阶段，1990年以后进入到全面发展时期，如美国Tolfa Corporation开发的DEVAR系统等，代表最新发展方向的是美国费城Pennsylvania大学的P.Wellman等人设计的智能轮椅[5]。康复机器人技术经过了40多年的发展，已成为国际机器人领域的一个研究热点，其未来发展呈现以下几个趋势：1）各种先进的机器人技术广泛应用到康复领域；2）康复理论的发展催生新的康复机器人；3）仿生学的发展指引着康复机器人的未来，这也许是机器人在康复领域应用的最高境界。

2.2 护理机器人

护理机器人一般用来辅助护士完成相关的护理工作，如病人翻身、更换床单等护理，以及食物、药品、医疗器械、病志的传送和投递，与病人对话，提供数据和影像支持等工作。日本机械工程研究所开发的MELKONG，专门用来照顾那些不便走动的病人。日本三菱公司还推出了一种在MELKONG基础上改进的传输搬运车辆。美国运输研究会(Transition ResearchCorporation, TRC)研制的“HelpMate”机器人，可以24h在医院里完成运送食物和药品的工作。对护理机器人的研究现在多集中在研究可移动机器人系统，如WALKY, MOVAID和ARPH等机器人系统[6]。

康复和护理机器人的发展不仅为残疾人护理问题的解决提供了最佳方案，而且为病人和老年人日常生活护理问题的解决找到了出路。

3.救援机器人

救援机器人主要担任危险条件下的救援工作，在火灾、地震和战场等各种场合下能迅速且安全地将伤病员救出。2003年，国际救援系统研究所在日本政府的赞助下，开发出了第一批可以在地震废墟上爬行、飞行和跳跃的救援机器人，用于地震后受灾人员的搜索。2004年，还研制出大型救援机器人“T–52En ryu”，可轻松地挪开变形的汽车和倒塌的建筑物等障碍物，救出受灾人员。该机构计划用15年时间创造出一支机器人救援队伍[7]。2007年，美国Vecna公司研发出战场救援机器人“VECNA's BEAR”，其身手敏捷，能够担负普通人无法担负的任务，可以抱起受伤士兵送往后方安全地带，其行走时间长达50min[8]。

4.转运机器人

转运机器人主要用于危重病患者的特殊检查、挪动、转床、手术和麻醉前后的接送和战场伤病员的后送，避免伤病员的再损伤。目前，国内外大部分研究还主要集中在病人转运车，主要以人工操作为主，自动化程度低。2007年，燕山大学王洪波教授和日本Fumio Kasagami教授共同研制出“C-Pam”转运机器人，采用接触点相对静止技术，不需移动患者身体的任何部分，患者就会被移动到床板上[9-10]，但其传感器少，自动化和智能化水平相对比较低。转运机器人在保证患者无痛转运的前提下，还要易消毒灭菌，行走灵活，控制简单，安全可靠。随着技术的进步，转运机器人正朝着自动化和智能化方向发展。

5.其他方面的研究

5.1 超声诊断机器人

医疗超声检测经常需要医生在一个难以实施的位置上，持续握住超声探头一段时间，而且有时候还需要施加比较大的力，这样得到的超声图像常常会受到医生肌肉紧张的影响。而利用机器人辅助的图像引导控制诊断系统则可以消除这种影响[11]。

5.2 微机器人研究

对于微机器人的研究最典型的是机器人内窥镜，如微机器人自动结肠镜可以使检查时结肠镜与病人的肠壁接触面积最小，从而减轻病人的疼痛，同时，医生可以很容易地观察病患部位，以便控制结肠镜的进程。随着微机电系统(MEMS)技术的发展，微型医疗机器人将会有更多的应用领域，比如将微机器人用于体内微型手术和定点药物释放等方面都具有诱人的前景[11]。

6.展望

医疗机器人技术极大地推动了现代医疗技术的发展，是现代医疗卫生装备的发展方向之一。目前，对于医疗机器人的最新研究也在不断地产生出新的成果：手术机器人具有高准确性、高可靠性和高精确性，提高了手术的成功率；救援机器人可以经受得住战场和灾难等恶劣环境的考验，安全救出伤病员；康复机器人具有智能化，可为伤员、病人与老年人提供康复护理和服务。随着现代科技的不断进步、社会的老龄化、现代战争的高技术化以及医疗技术的发展，机器人技术在医疗领域还会得到更深入而广泛的研究和应用。从长远发展角度来看，集伤病员营救、后送、手术、转运、康复和护理为一体的真正的医疗机器人系统将会受到广泛的关注和重视。

[1]Proc.I Mech E, Part H J, Davies B. A review of robotics in surgery[J]. Engineering in Medicine, 2000, 214（H1）129-140.

[2]肖钟, 黄宗海. 外科手术机器人的研究进展及临床应用[J]. 中国现代普通外科进展, 2011, 14(11)880-884.

[3]Herrell SD, Kwartowitz DM, Milhoua PM, et al. Toward image guided robotic surgery:System validation[J]. J Urol,2009,181(2)783-792.

[4]Challacombe B, Wheatstone S. Telementoring and telerobotics in urological surgery[J]. Curt Urol Rep. 2010. 11(1)22-30.

[5]杜志江, 孙传杰. 康复机器人研究[J]. 中国康复医学杂志, 2003, 18(5)293-294.

[6]张西, 侍才洪, 李瑞欣. 正医疗机器人的研究与进展[J]. 中国医学装备, 2009, 6(1)7-12.

[7]杜志江，孙立宁，富历新. 医疗机器人发展概况综述[J]. 机器人, 2003, 25(2)182-187.

[8]VECNA's Battlef i eld Extraction-Assist Robot BEAR. Http://www.botmag.com/index.shtml.

[9]Hongbo Wang, Fumio Kasagami. Careful-Patient Mover Used for Patient Transfer in Hospital.IEEE/ICME[J], International Conference on Complex Medical Engineering, 2007(5)20-26.

[10]Hongbo Wang, Fumio Kasagami. A Patient Transfer Apparatus Between Bed and Stretcher. IEEE TRANSACTIONS ON SYSTEMS, MAN, AND CYBERNETICS-PART.2008,38(1)60-67.

[11]李旭, 李光, 乐艳飞. 胡又佳医疗机器人研究的最新进展[J]. 机器人技术与应用, 2003年第4期 12-15.