機(jī)器人的分類
國(guó)際機(jī)器人組織對(duì)機(jī)器人的定義，是自動(dòng)執(zhí)行工作的機(jī)器裝置，必須擁有兩軸或以上的自由度，才能叫做機(jī)器人。
機(jī)器人組織對(duì)機(jī)器人有非常明確的分類方法，將機(jī)器人分為了兩類，一類是工業(yè)機(jī)器人，一類是服務(wù)機(jī)器人。
工業(yè)機(jī)器人，顧名思義，用在工業(yè)場(chǎng)景的機(jī)器人，其他所有的IFR機(jī)器人都?xì)w到服務(wù)機(jī)器人的下面。
它的定義是，執(zhí)行對(duì)人或設(shè)備有用的任務(wù)的機(jī)器人，當(dāng)然這個(gè)任務(wù)是除了工業(yè)任務(wù)以外的其他任務(wù)。
往下細(xì)分，服務(wù)機(jī)器人還可分為個(gè)人服務(wù)機(jī)器人和專業(yè)服務(wù)機(jī)器人。
今天所講的醫(yī)療機(jī)器人就屬于專業(yè)服務(wù)機(jī)器人中的一項(xiàng)子分類。
個(gè)人服務(wù)機(jī)器人，是用于普通人的日常生活中。它跟專業(yè)服務(wù)機(jī)器人的區(qū)別，一個(gè)是用于商業(yè)場(chǎng)景，而個(gè)人服務(wù)機(jī)器人是用在個(gè)人等家庭場(chǎng)景中。另一個(gè)是操作人員的區(qū)別，個(gè)人服務(wù)機(jī)器人可操作性難度低，普通大眾都可以操作，專業(yè)服務(wù)機(jī)器人則不一樣，需要受過(guò)培訓(xùn)的專業(yè)人員操作。
醫(yī)療機(jī)器人則更明顯，在醫(yī)療場(chǎng)景中更限制。醫(yī)療行業(yè)的機(jī)器人對(duì)操作者的要求更高，不僅是醫(yī)生，還需要是受過(guò)專門的機(jī)器人操作培訓(xùn)的人員。
對(duì)醫(yī)療機(jī)器人的分類，可以分為4個(gè)大方向：手術(shù)機(jī)器人、輔助機(jī)器人、康復(fù)機(jī)器人、服務(wù)機(jī)器人。
醫(yī)療機(jī)器人的發(fā)展
說(shuō)到醫(yī)療機(jī)器人，就要追溯一下它的由來(lái)，為什么需要在醫(yī)療場(chǎng)景中研發(fā)機(jī)器人取代人？
在醫(yī)療領(lǐng)域，這是受供需雙方的雙重驅(qū)動(dòng)，從需求方來(lái)講的話，目前全球老齡化現(xiàn)象非常嚴(yán)重，老人增多導(dǎo)致醫(yī)療需求供不應(yīng)求，醫(yī)療機(jī)器人是提升醫(yī)療效率、環(huán)節(jié)供需不平衡的有效途徑之一。
這里指的不只是做手術(shù)的資源，還有老人非常需要的康復(fù)資源，在醫(yī)療資源中占比也是非常大的。
如果將康復(fù)的過(guò)程，從醫(yī)生端轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)器人，那么可以達(dá)到解決大量供需不平衡的問(wèn)題。
另一個(gè)需求的增長(zhǎng)，是對(duì)高質(zhì)量醫(yī)療需求的增長(zhǎng)。這個(gè)很直觀的原因，是生活水平的提高、人均可支配收入的提高及人群對(duì)健康的追求，受眾對(duì)高質(zhì)量醫(yī)療需求也大大提升。
醫(yī)療機(jī)器人可以提供更好的醫(yī)療效果，就可以滿足人們對(duì)高質(zhì)量醫(yī)療的需求。
從供給端方面來(lái)看，機(jī)器人行業(yè)發(fā)展的幾十年，它的技術(shù)革新更新?lián)Q代了好幾代，從最原始的工業(yè)自動(dòng)化，到逐漸的智能化，到醫(yī)療、生活、服務(wù)、軍事等各個(gè)場(chǎng)景落地，供給需要慢慢增多。
以我國(guó)為例，近幾年的醫(yī)療機(jī)器人甚至整個(gè)機(jī)器人行業(yè)的發(fā)展都是非�？斓�，可以看一下醫(yī)療機(jī)器人相關(guān)專利數(shù)量，在2018年、2019年有非常顯著的提高。
不僅是從機(jī)器人發(fā)展角度，AI、5G等技術(shù)的快速發(fā)展，也為醫(yī)療機(jī)器人企業(yè)提供了新的發(fā)展思路。
舉個(gè)例子，比如說(shuō)做遠(yuǎn)程醫(yī)療，北京有非常好的醫(yī)療條件，想給邊遠(yuǎn)的山區(qū)做醫(yī)療，受限于目前的通訊技術(shù)，很難實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)醫(yī)療，更難實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)手術(shù)的過(guò)程，但隨著5G技術(shù)的發(fā)展，對(duì)跨大洋、跨國(guó)跨地區(qū)的操作手術(shù)技術(shù)基礎(chǔ)就達(dá)到了，可能很快就可以看到中國(guó)的醫(yī)生給非洲的人做手術(shù)。
AI也是一樣，原來(lái)沒有互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)的支持，是很難分析很多的醫(yī)學(xué)圖像，從而做出精確的診斷的。隨著AI診斷技術(shù)和大數(shù)據(jù)的發(fā)展，可以將很大量的數(shù)據(jù)傳給專業(yè)的醫(yī)療團(tuán)隊(duì)，或者讓電腦做出輔助分析，從而達(dá)到更好的診斷和療效。
醫(yī)療機(jī)器人四大類
醫(yī)療機(jī)器人基本上可以分為四大類：手術(shù)機(jī)器人、輔助機(jī)器人、康復(fù)機(jī)器人、服務(wù)機(jī)器人。
手術(shù)機(jī)器人，一般是通過(guò)影像引導(dǎo)或者是微創(chuàng)的方法，來(lái)取代醫(yī)生完成這個(gè)手術(shù)。一般機(jī)器人輔助的手術(shù)，是以操控為主，最有意義的代表就是達(dá)芬奇設(shè)備。醫(yī)生操作主控端，從機(jī)就是從病人的一端去做手術(shù)。它的特點(diǎn)也是非常鮮明的，因?yàn)闄C(jī)器人操作非常精細(xì)，所以手術(shù)的精度是非常高的，患者的傷口可以保證非常小，出血少，用時(shí)短，術(shù)后恢復(fù)也是非�？斓�。
康復(fù)機(jī)器人，主要解決在中風(fēng)或術(shù)后康復(fù)中繁冗的工作量的問(wèn)題，可以取代康復(fù)治療師或者醫(yī)生，輔助患者進(jìn)行下肢的行走或者是上肢的運(yùn)動(dòng)。通過(guò)運(yùn)動(dòng)，達(dá)到手腦協(xié)調(diào)或手眼協(xié)調(diào)，進(jìn)而促進(jìn)神經(jīng)系統(tǒng)的功能重組、代謝和再生，可以環(huán)節(jié)肌肉萎縮和關(guān)節(jié)萎縮，最重要的還是解放了康復(fù)師，優(yōu)化了醫(yī)護(hù)資源。
輔助機(jī)器人，跟前兩者不太一樣，對(duì)人治療效果沒有很直接的作用，是處理感官信息后基于用戶反饋操作的設(shè)備，比如說(shuō)影像呈象設(shè)備，或者是為老年群體提供相關(guān)的醫(yī)護(hù)需求。
服務(wù)機(jī)器人，也就是醫(yī)療場(chǎng)景的服務(wù)機(jī)器人。最近與此最相關(guān)的就是消毒和殺菌機(jī)器人，可以自動(dòng)在醫(yī)院等公共場(chǎng)所進(jìn)行消毒噴霧或者紫外線的消毒殺菌、自動(dòng)導(dǎo)航等。
另一類的服務(wù)機(jī)器人，醫(yī)院也很普及，即送藥機(jī)器人。一般的大醫(yī)院都有智能送藥系統(tǒng)，病人刷碼在藥房，就可以自動(dòng)讀取病人的藥物信息，為你自動(dòng)配好藥，遞到窗口。還有自動(dòng)配藥系統(tǒng)，可以將藥品直接送到病房里面，通過(guò)自動(dòng)化設(shè)備，不管是人式的還是軌道式的，大大節(jié)約了醫(yī)生和護(hù)士的資源，提高了運(yùn)輸?shù)墓ぷ餍省?/p>
從醫(yī)療機(jī)器人的工程技術(shù)產(chǎn)業(yè)鏈來(lái)看，醫(yī)療機(jī)器人與大部分機(jī)器人一樣，對(duì)上游零部件的需求主要是如伺服電機(jī)、減速器、傳感器、控制器、系統(tǒng)集成等做機(jī)器人本體所需要的零部件。
通過(guò)這些零部件，到達(dá)中游，就是整機(jī)制造的過(guò)程，做出自己想要制作的手術(shù)機(jī)器人、康復(fù)機(jī)器人、輔助機(jī)器人、服務(wù)機(jī)器人等等。
直至到達(dá)下游，針對(duì)應(yīng)用領(lǐng)域做應(yīng)用開發(fā)和落地，如手術(shù)、康復(fù)、護(hù)理、送藥、消毒等等應(yīng)用場(chǎng)景。
技術(shù)研究方向五大類
除了工程方面的工程技術(shù)產(chǎn)業(yè)鏈，還有醫(yī)療機(jī)器人技術(shù)研究方向，主要可以分成五大類：認(rèn)知、感知、系統(tǒng)、交互、結(jié)構(gòu)。
認(rèn)知，是允許機(jī)器人和醫(yī)生一起工作，并且可以預(yù)測(cè)醫(yī)生的行為，這是給機(jī)器人提供智慧的技術(shù)領(lǐng)域。隨著醫(yī)療機(jī)器人的發(fā)展，AI與大數(shù)據(jù)對(duì)診斷和療效的貢獻(xiàn)，對(duì)認(rèn)知的要求是越來(lái)越高的。
感知，主要體現(xiàn)在傳感器上面。機(jī)器人有很強(qiáng)的認(rèn)知能力的前提，是它需要有很好的感覺，從而體現(xiàn)在傳感器上面，用到的是成像的原理。成像精度越來(lái)越高，不僅是有高精度的可見光攝像頭，或者深度攝像頭，去提供腹腔內(nèi)的影像，同時(shí)可以結(jié)合實(shí)時(shí)的CT、實(shí)時(shí)的MRI等系統(tǒng)，都可以給手術(shù)機(jī)器人提供高精度的視覺反潰
機(jī)器人作為軟硬件綜合體，是需要一個(gè)系統(tǒng)去支持以上提到的所有功能的，這個(gè)系統(tǒng)和模型的構(gòu)建，就是這個(gè)機(jī)器人的記錄平臺(tái)，可以使不同的機(jī)器人之間一起溝通，或者機(jī)器人與CT、MRI這種成像系統(tǒng)之間一起溝通，人和人如護(hù)士和病人之間進(jìn)行溝通。
還有一個(gè)比較重要的是交互的界面，不僅是體現(xiàn)在手術(shù)機(jī)器人上面，尤其是醫(yī)療服務(wù)機(jī)器人上面。它必須對(duì)使用的病人很友好，也必須對(duì)醫(yī)生和護(hù)士也很友好，讓醫(yī)療團(tuán)隊(duì)和患者之間的溝通能夠更加自然。
還有很多醫(yī)療機(jī)器人，對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)的精確度要求很高，比如提到的微型結(jié)構(gòu)的小機(jī)器人，可以深入到人體的血管內(nèi)，進(jìn)行一些微操作，現(xiàn)在還有一些臨床應(yīng)用的機(jī)器人，比如說(shuō)食道和腸道的膠囊機(jī)器人，對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)的精密度很高。
醫(yī)療機(jī)器人應(yīng)用
我們說(shuō)到醫(yī)療機(jī)器人，可以舉一些世界上比較著名的醫(yī)療機(jī)器人的例子， 分別在不同的應(yīng)用領(lǐng)域。
手術(shù)機(jī)器人，最有名的代表，是美國(guó)Intuitive Surgical 代表產(chǎn)品達(dá)芬奇外科手術(shù)系統(tǒng)；當(dāng)然，還有世界上前5大公司Medtronic，是一家傳統(tǒng)的醫(yī)療器械公司，隨著科技的發(fā)展，也通過(guò)收購(gòu)，進(jìn)入了醫(yī)療機(jī)器人的領(lǐng)域；美國(guó)TransEnterix是達(dá)芬奇的主要競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，它的主要機(jī)器人是腹腔鏡機(jī)器人，是做腹腔手術(shù)。
配藥機(jī)器人，德國(guó)和美國(guó)也有多種機(jī)器人，主要是以自主移動(dòng)輸送、藥房自動(dòng)化領(lǐng)域機(jī)器人技術(shù)為主。
醫(yī)院消殺機(jī)器人、遠(yuǎn)程醫(yī)療機(jī)器人，除了外國(guó)的幾家公司，我們?cè)趪?guó)內(nèi)見到的也非常非常多，
國(guó)內(nèi)對(duì)疫情也是非常重視的，所以有很多的公共場(chǎng)所都在使用消殺機(jī)器人。
陪伴機(jī)器人，大家可能感覺這并不是很像機(jī)器人，其實(shí)陪伴機(jī)器人并不只是陪伴有運(yùn)動(dòng)障礙的機(jī)器人，還有一類是陪伴精神或者智力有障礙的機(jī)器人，比如說(shuō)有智力障礙的兒童，是需要長(zhǎng)時(shí)間的陪伴，才能讓他們盡可能地康復(fù)，我們其實(shí)很難做到一對(duì)一的醫(yī)患關(guān)系，所以無(wú)法做到每一個(gè)自閉兒童都有一對(duì)一的醫(yī)生進(jìn)行指導(dǎo)康復(fù)，陪伴機(jī)器人地重要性在這里就非常明顯了。
康復(fù)機(jī)器人，分為上肢康復(fù)和下肢康復(fù)，有很多公司在做比如說(shuō)外骨骼、機(jī)器人手臂，這些都是康復(fù)機(jī)器人的代表。
說(shuō)到手術(shù)機(jī)器人，往前一步講，應(yīng)該叫做計(jì)算機(jī)輔助手術(shù)技術(shù)，手術(shù)機(jī)器人應(yīng)該是計(jì)算機(jī)輔助手術(shù)技術(shù)中的一個(gè)操作環(huán)節(jié)。
整個(gè)計(jì)算機(jī)輔助手術(shù)技術(shù)，從術(shù)前、術(shù)中、術(shù)后總共有三個(gè)大的環(huán)節(jié)，我們提到的手術(shù)機(jī)器人只是術(shù)中環(huán)節(jié)的一個(gè)主要設(shè)備。
術(shù)前的話，我們一般都有一個(gè)術(shù)前規(guī)劃，用成像系統(tǒng)去成像，然后這里面可以是醫(yī)生進(jìn)行規(guī)劃，或者是人工智能進(jìn)行規(guī)劃，然后術(shù)中是通過(guò)手術(shù)機(jī)器人進(jìn)行實(shí)際的手術(shù)操作，術(shù)后需要檢查手術(shù)的結(jié)果，它的結(jié)果是不是好，是不是達(dá)到了療效，還需要有術(shù)后的成像，計(jì)算機(jī)輔助手術(shù)驗(yàn)證的過(guò)程。
微創(chuàng)手術(shù)是手術(shù)發(fā)展的主流方向。不管是機(jī)器人，還是醫(yī)生的人工的手術(shù)，微創(chuàng)手術(shù)有一些比較好的特點(diǎn)，就是它的接口非常小，只需要幾個(gè)小洞就可以了。術(shù)后的愈合時(shí)間很短，切口小，那么感染就會(huì)很少，康復(fù)也會(huì)很快，而且疼痛也會(huì)遠(yuǎn)小于開膛的手術(shù)。
但是，因?yàn)榍锌诤苄�，也帶�?lái)了一些困難，比如說(shuō)手眼協(xié)調(diào)很困難，醫(yī)生很難直觀地看到腹腔內(nèi)地場(chǎng)景，手臂移動(dòng)也很困難，自由度也很少，因?yàn)橹皇峭ㄟ^(guò)一個(gè)小孔升到肚子里面。
因此，機(jī)器人可以通過(guò)這種智能化地設(shè)備去解決這些問(wèn)題。
有很多機(jī)器人企業(yè)在做這方面地研究，比如說(shuō)美國(guó)的Medtronic收購(gòu)以色列醫(yī)療設(shè)備公司Mazor Robotics，設(shè)計(jì)了一套可視化的機(jī)器人自動(dòng)跟蹤的系統(tǒng)，適用于做脊柱手術(shù)的；
上方提到TransEnterix，也基本是聚焦做腹腔鏡機(jī)器人，通過(guò)腹腔的一個(gè)小孔，將機(jī)械臂伸到腹腔體內(nèi)，通過(guò)視覺操作終端來(lái)進(jìn)行手術(shù)。
Mad Tech的Rosa機(jī)器人是做腦部和脊柱手術(shù)的，也是由外部輔助成像，然后進(jìn)行手術(shù)規(guī)劃、引導(dǎo)工作。
Medrobotics的Flex機(jī)器人是比較特殊的，是做咽喉手術(shù)的儀器。
觀察Flex手術(shù)工作的原理，是一個(gè)非常有意思的機(jī)器人，我們一般稱它為柔性機(jī)器人。它是機(jī)械手的一種，而且是多層套管式的，是通過(guò)口腔做口腔鏡、咽喉鏡。因?yàn)椴幌Ｍ袆?chuàng)傷，需要利用人體自然的通道，去診斷或者手術(shù)治療，這對(duì)機(jī)器人控制的柔性、彎曲、轉(zhuǎn)彎有一個(gè)比較高的要求。整個(gè)的主體就像蛇一樣，通過(guò)人體，深入到口腔內(nèi)部。
這個(gè)儀器的導(dǎo)管頭部是一個(gè)可視的鏡頭，通過(guò)主控臺(tái)，可以控制頭部的彎曲、旋轉(zhuǎn)，從而達(dá)到想要的路徑。不管是前進(jìn)還是后退，后面的導(dǎo)管都是可以保持原來(lái)的曲線，這樣不會(huì)造成對(duì)其他人體組織的破壞，這也是比較流行的利用自然通道深入體內(nèi)的機(jī)器人，它的優(yōu)勢(shì)就是不需要開膛。
我們國(guó)內(nèi)也有很多的機(jī)器人公司，在機(jī)器人方面有很深入的研究，雖說(shuō)起步晚，但是大家的速度還是很快的。
其中最著名的是北航的天璣骨科手術(shù)機(jī)器人，也得到了我國(guó)的注冊(cè)許可，是在國(guó)內(nèi)第一個(gè)上市的機(jī)器人公司，也是做得非常好的
就國(guó)內(nèi)來(lái)說(shuō)，主要的技術(shù)企業(yè)是北航、哈工大、天津大學(xué)，這幾家學(xué)校所做的醫(yī)療機(jī)器人的領(lǐng)域是非常好的，比如北航的天璣顧客手術(shù)機(jī)器人、天津大學(xué)的“妙手S”微創(chuàng)外科手術(shù)機(jī)器人等
達(dá)芬奇機(jī)器人
達(dá)芬奇機(jī)器人主要有三部分組成：床旁機(jī)械臂、醫(yī)生控制臺(tái)、可視化系統(tǒng)。
醫(yī)生控制臺(tái)不僅有手柄，還有腳踏板，可以不停地切換功能，醫(yī)生可以利用手柄去控制任何一個(gè)機(jī)械臂或者是腹腔鏡，都是可以通過(guò)腳踏板來(lái)切換；
床旁機(jī)械臂，即機(jī)器人的主體；還有一套可視化的系統(tǒng)，可以將體內(nèi)的視頻圖像傳到醫(yī)生控制臺(tái)里。最新的控制臺(tái)做了新的3D立體視覺，可以直觀地解決醫(yī)生不能直觀看到體內(nèi)的問(wèn)題。
達(dá)芬奇的配置過(guò)程是非常簡(jiǎn)單的，整個(gè)從控端是可以推動(dòng)的，將其推至病人床邊，就可以進(jìn)行很好的設(shè)置，它的使用設(shè)置非常簡(jiǎn)單，這也是醫(yī)生非常喜歡他的一個(gè)原因
醫(yī)生控制臺(tái)有兩個(gè)機(jī)械的控制手柄，控制手柄是與從機(jī)端的場(chǎng)景一一對(duì)應(yīng)的。主機(jī)械臂通過(guò)腹腔口深入體內(nèi)，不管是夾子還是手術(shù)刀，深入體內(nèi)的醫(yī)療器械頭可以通過(guò)主控端的控制非常靈活地運(yùn)動(dòng)，這整個(gè)的手術(shù)器械是非常精密的，而且都是現(xiàn)驅(qū)的，精度非常高。
主控端和從控端的動(dòng)作非常協(xié)調(diào)統(tǒng)一、直觀，解決了一個(gè)人手眼協(xié)調(diào)的問(wèn)題。
達(dá)芬奇機(jī)器人的醫(yī)療器械是可以快速更換的，總共四個(gè)機(jī)械臂，三個(gè)是醫(yī)療器械，一個(gè)機(jī)械臂是腹腔鏡，提供視覺系統(tǒng)。
最著名的一個(gè)實(shí)驗(yàn)，就是利用達(dá)芬奇機(jī)器人在細(xì)口瓶里面把葡萄皮全部剝開了，縫合后基本上對(duì)葡萄的整體和葡萄肉沒有任何損傷，整個(gè)的過(guò)程證明了這個(gè)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制的精度和運(yùn)動(dòng)控制的響應(yīng)速度都是非常較高的。
不過(guò)達(dá)芬奇目前唯一的劣勢(shì)，其他的機(jī)器人也有這種情況，是沒有力反潰醫(yī)生雖然有3D視覺，但是感覺不到體內(nèi)機(jī)械手是不是碰到了不該碰的東西，受力情況，這是接下來(lái)機(jī)器人發(fā)展的大的方向。
截至2019年，全球達(dá)芬奇機(jī)器人安裝量已達(dá)5582臺(tái)，累計(jì)參與手術(shù)達(dá)到720萬(wàn)臺(tái)。所以說(shuō)，達(dá)芬奇機(jī)器人是目前世界上應(yīng)用最廣泛、最成功的醫(yī)療機(jī)器人。
達(dá)芬奇目前涉及幾個(gè)技術(shù)是非常領(lǐng)先的：振動(dòng)消除和動(dòng)作定標(biāo)，可以直接過(guò)濾操作時(shí)的手部顫動(dòng)，靈巧的機(jī)械手腕以及可以放大縮小的三維成像系統(tǒng)。
達(dá)芬奇從1996年推出，應(yīng)用非常廣泛，擁有4000項(xiàng)專利，它的專利保護(hù)做得也非常好，使得它的推廣是非常順利的。
