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机器人走进医疗领域Comments>>

发表于 2010-04-29 11:18 | Tags 标签:, ,

2009年上半年,iRobot公司在网站上发出声明,扫地机器人Roomba已经在全球卖出了三百万台,继续创造着机器人商业史上的神话。然而,Roomba的成功是否意味着智能机器人从实验室走入千家万户的日子已经指日可待了呢?《银河系漫游指南》中那个总是忧郁的大头马文,《人工智能》里无比渴望得到人类真爱的小男孩大卫,抑或在查尔斯王子面前大跳日本传统舞蹈的人型机器人Asimo,会否很快走上街头,与我们一起分享这个美好的世界了呢?与那些充满期待和梦想的漫画迷不同,精明而谨慎的投资人要考虑的实在是太多了。

可怜的Asimo,动不动就要被拉出来献舞

与其他我们日常生活中接触的商品不同,智能机器人在研发阶段需要投入巨大的科研经费,再加上机器人本身的各种新型设备,导致最终产品的价格居高不下。即使是 Roomba这样采取了非常讨巧的智能算法,从而在很大程度上减少了高昂价格部件的智能吸尘器,市场售价也在三,四百美元之间,比通常的吸尘器贵多了。而具有更多功能,能与用户相互交流的智能机器人,似乎最终只能沦为富人们的大玩具。在目前看来,市场的蛋糕还没有做好,投资商们大多还是持观望姿态。 这也不难理解,虽然多年以来科技界一直嚷嚷,智能机器人将是下一代计算机的发展趋势,也是继互联网之后的新一轮技术突破,最终各个国家在这个领域掏腰包做研发的主角还是政府。其中, 政府砸钱的项目大多又去到了航空,军事,安全防卫等方向,美国的NASA(美国国家航空太空总署)和DARPA(美国国防部高级研究计划局) 便是其中的代表。我们经常能在新闻上看到的火星探测器,无人自动驾驶车辆“大挑战”竞赛以及伊拉克战场上出现的各型无人驾驶侦察车,背后都有他们的身影。 即使是Roomba的东家iRobot公司,登陆上它的网站一看,不难发现Roomba只是针对民用的小儿科,大部分的研究还是花在为美国军方准备各式智能军用品上。

如此说来,我们普罗大众要在日常生活中接触到智能机器人岂不是要等到猴年马月去了?那倒也未必。近年来,打破目前由军用和工用(指工厂中的自动化流水线机器人)机器人霸占市场僵局的曙光正隐隐在望,而吹响这胜利号角的选手极有可能是医疗机器人。虽然目前市场上成熟的外科手术机器人产品只有一款:美国的达芬奇机器人系统(Da Vinci Surgical System),但“达芬奇”所展示出的“稳,准,狠”的刀法以及创口小,术后恢复好的效果已足以让众多病人趋之若鹜。另一方面,只要充分利用, “达芬奇”150万美元到200万美元的售价摊到单个病人身上也还在可负担的范畴内。

手术机器人“达芬奇”--左:外科医生和控制台 中:助手,机械手和手术台 右:视频系统 (实际上视频系统可以在控制台和其他需要的地方被看到)

除开外科手术机器人,针对老年人的医护机器人以及针对中风患者的复健机器人的研究在各国也是展开的如火如荼,这当然也是有很强的市场需求的。一方面,在人均寿命延长,妇女生育率下降的全球趋势下,老龄化和老年人的医疗护理已经成为摆在各国,尤其是发达国家面前的一道难关,智能化的护理机器人无疑是弥补护理人 员不足的一根救命稻草。另一方面,在老人院或者医护中心共享护理机器人,也能够节省费用。

下面,不妨来看看近来医疗领域的机器人都有哪些主要的进展。

外科手术机器人

现代的外科机器人通常由机械手,内窥镜视频系统和控制台组成。内窥镜被放入病人体内,采集到的视频通过三维视觉系统放大,能提供给医生全方位的手术视野;外科医生通过控制台发出的指令会被机器人系统转化为更加细微的机械手行动指令;稳 定灵巧的机械手臂则根据实际的反馈信号执行相应的指令。相较于人类医生,机器人有着高灵活度的关节和精准稳定的手腕,能够有效地避免一时“手滑”之类的失 误。另外,因为机械手和内窥镜都相对较小,病人手术产生的伤口也较小,更有利于术后恢复。

1997年,外科手术机器人“宙斯”被用于一起输卵管重建手术,同普通此类手术造成的较大伤口相比,“宙斯”只留下了几个铅笔直径大小的小伤口供内窥镜和机械手出入,而这台手术的成果—一个小男婴,则于1999年的9月顺利诞生。第二年,外科手术机器人“达芬奇” 通过FDA认证,在德国协助完成了一起心脏搭桥手术。而在2001年9月7日,历史上第一次跨洋远程控制外科手术在大西洋两岸同时进行。整场手术中,在纽约的医生通过摄像头观察病人的情况,控制台发出的操作指令通过互联网直达大西洋对岸,身处法国的68岁患者则由机器人宙斯成功摘除了胆囊。2003年,在经过几年的专利纠纷之后,“宙斯”的公司Computer Motion 和“达芬奇”的公司Intuitive Surgical宣告合并,达芬奇也成为了目前市场上唯一的得到美国食品药品监督管理局(FDA)认证的外科手术机器人产品。如今,全球有超过850所医院都在使用着这款手术机器人,普通的外科医生在接受一定的培训后就能使用它。北京解放军总医院是中国大陆第一个引进达芬奇系统的医院,在那里,多例外科手术在机器人神奇的手臂下成功完成。

“达芬奇”机器人近百种“手”中的一种,8毫米大小,七自由度,各关节之间能90度活动,能减少颤动,

虽然外科手术机器人系统目前还 是“达芬奇”一枝独秀,但与手术相关的研究还是有不少进展。加拿大的西安大略大学(University of Western Ontario)和加拿大国家外科高级机器人研究中心(Canadian Surgical Technologies & Advanced Robotics (CSTAR)) 正在研究一种能应用于微创手术的机器探头。在肿瘤手术中,这种探头能够轻柔地碰触病变部位,通过高敏感的传感器,找到准确的肿瘤位置。相比传统的核磁共振成像(MRI)或计算机断层扫描(CT),这种探头能在手术进行中应用,更为实时和准确。通过动物实验,研究者们发现,相比医生的传统“手触式”判断,这种机器探头找到变硬肿瘤组织的时间更短,用力更小, 判断更为准确。目前,研究者们正在进一步改进这种探头,以便它能够实际应用于创口只有10毫米的微创手术。

也是在去年,来自法国蒙彼利埃信息学,机器人学和微电子学实验室(France's Montpellier Laboratory of Informatics, Robotics, and Microelectronics)的研究者们展示了一个能预测心脏跳动的计算机三维模型。这个模型能够跟踪心脏的跳动以及由于病人呼吸所引起的胸部震 动,从而实时地判断出心脏在下一时刻的运动轨迹。在目前使用机器人手臂的微创心脏手术进程中,由于医生无法直接触及病人的手术部位,对手术环境的变化很难做出迅速的调整。一个准确的心脏运动预测模型能够让医生能够更专注, 这个三维模型的出现也许能帮助我们实施在跳动的心脏上进行微创手术。

复健机器人

除 了外科手术,机器人还在复健治疗方面取得了相当不错的疗效。近年的相关调查表明,在全球范围内,脑中风在威胁健康的杀手榜上都名列前茅。在中国,每年新发 患者约200万人;每年死于脑中风的患者约150万人;而存活的600万到700万患者中,约有四分之三的患者留有不同程度的残疾。复健机器人通常以机械手臂或机械腿的形象出现,将它系在患者行动不便的肢体上,它能根据患者的身体情况,引导患者进行适当的活动训练,譬如说,训练手臂去够到特定物件,训练手指玩游戏或者训练下肢行走,防止肌肉萎缩,刺激身体失去运动能力的部分。目前针对这个市场的机器人研究已经有不少,例如美国麻省理工大学研发的MANUS,英国雷丁大学的GENTLE, 瑞士Hocoma AG公司的Lokomat等等。2009年,英国的南安普敦大学的研究者们又推出了一款能够协助患者玩计算机游戏从而达到治疗效果的上肢复健机器人ARM。

下肢复健机器人Lokomat

机器人陪护

针对社会老龄化问题,不少发达国家纷纷将目光投向机器人陪护身上,它们能否担负起提高老年人生活质量的重任呢?在三十年的计划生育政策实施后,不少学者纷纷喊出对中国社会“未富先老”的担忧,我们的对策又在何方?

去年, 欧洲多所研究院联合推出了名为CompanionAble 的研究项目,致力于打造一款机器人陪护,能协助老年人在自己家中独立生活。按照项目的计划,这款机器人应该能够感知周围的环境,与用户能够实施简单的沟 通,譬如识别用户的位置,辨认他们的情绪状态,理解用户发出的指令等等。同时,机器人还应该管理用户的日常安排,譬如,提醒他们按时服药,实现与亲属或护 理人员的视频会谈等等。此外,对于年迈的老人,机器人还应该在护理方面起到一定的作用,因此,这款机器人可能会配备许多利用的监控设备,记录用户每天的起居行动以及健康数据等等。这个项目预期会在2012年结束,且让我们拭目以待。

佐治亚理工大学开发的陪护机器人

从协助医生诊断病情的计算机断层扫描(CT),磁共振成像(MRI)到基于互联网的远程诊断和专家视频会议,计算机技术与医疗领域的结合不仅创造了无限的商机,更带给我们优质的服务。而从1985年,当一款型号为PUMA560的机器人在CT扫描的协助下,将一根医用针刺入病人脑部以便进行大脑活组织切片检查开始,智能机器人也开始在医疗领域崭露头角。二十多年后的今天,医用机器人得到众多国内外相关研究单位前所未有的关注,有关各种不同类型医疗机器人的报道也不时见诸报端。然而,基于各国政府对于医疗设备,尤其是智能型外科手术机器人的严格审查,医用机器人的研发过程相对来说比较漫长。另一方面,高昂的研发和维护费用也抬高了产品的价格,无形中为上市产品的大规模普及造成了一定的障碍。一款智能型外科手术机器人从研发,人体试验,通过相关机构审批,推向市场到最终进入普通人的生活,有可能经历一个长达几十年的周期。尽管如此,面对医疗机器人所特有的诸多优点,不少公司和研究机构还是义无反顾地走上了这条漫漫长路。在人类对新技术的追求以及市场需求的双重推动下,智能机器人广泛进入医疗领域的步伐看来会继续快下去。

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9 Responses to “机器人走进医疗领域”

  1. binlv说道:

    我们实验室就在做一种康复机器人~~~针对中风患者

  2. yanshunemo说道:

    想起那个动画片 老人Z

    • mellivora说道:

      目前日本的机器人强在人形机器人,在医疗方面主要是护理型/陪伴型的机器人。
      在手术机器人方面,与美加和西欧还有一些差距的。

  3. snowhawkyrf说道:

    日本的机器人不是做得很好吗?他们在医疗领域的发展如何?

  4. ZKL47说道:

    科学发展难以想象,过去数码成像技术刚诞生时,传统胶卷厂商认为无法达到胶卷的像素。美国遥控无人飞机和遥控机器人手术巳实现。人工手术最大问题手会抖动,眼睛和手都会疲劳。中国在机器人技术上如不加把劲,又会和世界水平拉大距离。

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