医疗康复机器人进入发展"快车道"

• 李光林 郑 悦 吴新宇

目前，医疗康复领域越来越倾向于人与机器自然、精准的交互，近年来，以人的智能和机器智能结合及人机交互为代表的技术突破使得人与机器之间的结合越来越紧密，借助人机交互技术和方法，将人的智能和机器智能结合起来，使二者优势互补、协同工作，并将在医疗康复方面孕育出重大的理论创新和技术方法突破。社会需求、技术革新和人机智能融合极大地促进了医疗康复机器人的发展。

医疗手术机器人研究取得新突破

目前，外科手术机器人在外科医生的操控下协助完成手术过程。通常情况下，外科医生利用一个远程手术场景，操纵一个主输入装置根据手术要求发出手术操作指令，置于病人床边的手术机器人接收到手术指令后，按照外科医生输入的命令执行相应的手术操作。

相比传统的微创手术，外科手术机器人可以让外科医生提高体内操作灵巧性,超越人类手术动作距离的局限，实现更微小的手术动作，完成更精准的手术操作。外科手术机器人的杰出代表之一是美国直觉外科公司（ISRG）设计制造的达芬奇手术机器人（da Vinci®）。在世界范围内，达芬奇手术机器人已经累计销售3 000多台，为超过250万患者成功实施微创手术。由于价格等原因，达芬奇手术机器人在我国的拥有数（二三十台）和使用率还都非常低。为此，我国相关研究机构和医院积极合作，开展外科手术机器人的研发工作，在手术机器人技术和系统等方面取得了一些重要突破。例如，针对腹部手术的机器人辅助手术系统；具有自主控制、视觉定位和远程互动的神经微创外科机器人辅助手术系统；胸腹外科机器人；影像引导的经自然腔道介入仿生型放疗机器人、血管介入机器人、经皮穿刺腹腔介入机器人等研究工作。此外，我国一些科研单位还相继开展了面向脊柱外科手术的机器人系统研究，取得了一些重要技术的突破和进展，一些脊柱手术辅助机器人系统完成了动物实验。

功能康复与辅助机器人临床取得一定效果

近年来，随着生机电交互、智能控制及机器人等技术的不断发展，功能康复与辅助机器人在国际上已经逐步成为临床康复治疗的重要技术手段之一，并催生了一批新型康复机器人技术及系统。

针对因脑卒中等疾病造成的肢体运动功能障碍患者，除了传统的由物理治疗师来进行的肢体训练外，康复机器人技术也已经应用到康复治疗中。诸多临床试验表明，康复机器人能一定程度上帮助长期瘫痪的中风患者恢复自身主动控制肢体的能力。患者可以在康复机器人的帮助下，对肢体的患侧进行准确重复性的运动练习，从而加快运动功能的康复进程。根据脑神经可塑性理论，脑功能重组的恢复训练应该强调患者的主观参与，按照科学的运动学习方法对患者进行再教育以恢复其运动功能，患者积极参与到功能恢复训练中，能够获得更好的恢复效果。为此，人们开始在基于工业机器人控制模式的传统康复机器人中引入肢体——机器人互动功能，使患者能够主动参与到治疗过程中来，从而有利于提高康复治疗效果。美国麻省理工学院研制了上肢康复机器人系统（MITMANUS） 。利用一系列视频游戏，MIT-MANUS 可以实现脑中风患者手臂肩关节及肘关节功能康复。随后，他们又进一步扩展MIT-MANUS的功能，开发了不同版本的上肢康复机器人系统，例如：三自由度的腕关节康复机器人及手部功能康复机器人。下肢功能康复机器人的典型产品是由瑞士医疗器械公司与瑞士苏黎世大学合作推出的洛克马（LOKOMAT）。它是第一台通过外骨骼式下肢步态矫正驱动装置辅助，用于有步态障碍的神经科病人进行步态训练，例如：脑卒中、脊髓损伤、脑外伤等。另外，美国姆特瑞卡（Motorika）公司研制的下肢康复机器人系统（REO）可通过大量重复性训练，诱导患者形成正确步态。需要指出的是，这些肢体功能康复机器人系统在临床应用中取得了一定的效果，但存在操作复杂、价格昂贵、缺乏主动康复功能等问题，因此，这些康复机器人在我国的临床康复中应用比较少。

医疗康复机器人成战略性新兴产业

医疗康复机器人涉及人类生命健康的特殊领域以及潜在的经济市场，已经被多个国家列为战略性新兴产业。例如，美国和欧洲先后发布机器人发展路线图，都将医疗机器人列为优先发展方向。在美国机器人发展路线图中，医疗健康机器人被列为重点发展的5大类机器人领域之一，指出机器人系统将会应用于医疗健康所涉及的多个层面（从手术室到家居、从年轻人到老年人、从体弱或体残者到体健者、从常规手术到脱离人干涉的康复训练），以应对精准或微创手术、功能补偿与康复、老年服务等对医疗健康的新需求。欧洲机器人发展规划布局中明确指出，医疗机器人为医疗体系带来的变革堪比几十年前机器人技术对工业领域带来的影响，医疗康复机器人是应对人口老龄化、医疗资源需求增长的必然发展方向，医疗康复机器人产业将成为新世纪拉动国民经济增长的重要引擎之一。

相对于一些发达国家，我国目前提供健康服务的医疗机构和设施相对较少，特别是优质的医疗服务资源更加有限。一方面，我国许多医务工作者（特别是在大型综合医院）每天都要面对众多需要医疗服务的患者，工作量相当繁重；另一方面，有限的医疗服务资源也难以满足我国国民对健康服务日益增长的庞大需求及应对老龄化社会的到来。因而，将机器人技术融入到医疗事业可以有效缓解我国患者及残障人群的医疗服务压力、推动民生科技快速发展。随着我国经济和社会的发展，对于服务于百姓医疗健康、服务于老龄化社会康复等方面的需求也越来越强烈，在国家及地方政府的大力支持下，我国医疗康复机器人技术及系统研究也取得了一些令人瞩目的成果。未来，基于在医疗康复机器人领域已经取得的技术基础，我国需要进一步大力开展外科手术和康复辅助机器人技术及系统的研发，推动医疗康复机器人战略性新兴产业的发展，以应对我国国民对健康服务的需求（医疗、康复及老龄化）。

目前，我国在外科手术机器人及康复或辅助机器人技术领域已经取得了一些突破和进展，但这些机器人系统离临床应用还有一定的差距，手术和康复机器人系统的性能、安全性及可靠性等方面仍需进一步的改善与提高。为了提高我国手术和康复机器人系统的性能，需要重点突破一批核心关键技术，特别是在机器人机构学、动力学、环境适应技术等方面的研究，开发一批新型感知觉传感、电机、减速器等关键核心部件；在脑、肌电信号运动意图识别、多自由度灵巧、柔性操作、基于多模态信息的人机交互系统、感知觉神经反馈、非结构环境认知与导航规划、故障自诊断与自修复等关键技术方面实现突破，为智能医疗康复机器人系统的人机自然、精准交互提供共性支撑技术。

另外，由于医疗康复机器人的应用环境是医院或家庭，因此机器人研发科学家和工程师应积极与临床外科手术及康复医师积极合作与配合，根据医疗手术和康复的真实临床需求，研发实用、可靠、安全、好用的智能医疗康复机器人系统。