医用机器人越来越被重视，背后到底都有什么门道？

【编者按】文章转自紫丁香机器人论坛，本文是杜志江教授在机器人论坛的分享。原标题为《哈工大机器人研究所副所长杜志江教授：医疗机器人发展现状及研究进展》，雷锋网做了不改变原意的调整。文末附有“紫丁香人工智能和先进制造俱乐部”的介绍。

机器人技术已经成为决定未来经济的颠覆性的技术之一，我国也把机器人技术和产业发展作为国家战略。医用机器人是专业服务机器人最重要的领域。

1、为什么医用机器人现在这么受重视呢？

2012年底全球医用机器人销量是1300多台，市场规模达到60亿美元，预计到2016年将增长到119亿美元。如果包括陪护类机器人，市场空间就会更大，未来的增长速度也是机器人领域增长最快的。

医用机器人有一个非常宽泛的概念，可以说用于医疗领域的机器人或者机器人化设备都可以叫做医用机器人。

医用机器人和传统机器人相比有自己的内涵，像辅助医生的工作、扩展医生的能力，这些都是我们所希望医用机器人应具有的能力。而医用机器人作动的对象是人，是医生手里的工具，可以辅助医生为患者完成手术，所以对于安全性方面提出了更高的要求，安全和有效是医用机器人最重要的特征，也是医用机器人的实质内涵，此外医用机器人要具有良好的交互性。

医用机器人都发展得怎么样了？

• 世界主要医用机器人研究进展

医用机器人是从医学的需求发展而来的。现代手术进入到了微创时代，微创手术的成功不仅依赖于技术精湛的外科大夫，也依赖于医生手里优良的手术工具。

我们可以看到从开放手术到普通腹腔镜手术，再到机器人腹腔镜手术，微创技术的需求牵引推动了机器人技术在这方面的应用。

医用机器人的分类目前也较为笼统，可以大致分为手术机器人、康复机器人、医用服务机器人和智能设备。

通过这张图可以看到，医用机器人和服务机器人一样，在外科和其他医疗领域都应用得广泛应用。世界上第一款手术机器人出现在脑外科手术领域，是用工业型的机器人实现手术导航。

骨科机器人的研究也比较早，从上世纪八十年代一直到现在都在研究。典型的系统如美国的ROBODOC、瑞典的PinTrace以及德国的CASPAR等，这些都有较好的应用。以色列的Mazor可以辅助医生完成脊柱手术，已经在中国市场销售，但价格较为昂贵。

眼科手术机器人能够很好地把医生手部的颤抖滤除，辅助医生完成较为精细的眼科手术。

血管介入手术机器人也是研究较多的，国际上医疗器械行业领域的几大领军企业都开展该方面的研究，临床具有较大需求。

目前手术机器人商业化做的最好的就是美国直觉外科公司生产的达芬奇腹腔镜手术机器人，截止到去年年底，直觉外科公司在全球销售了3266台，其中几十台是去年4月份推出的最新型的Xi系统。

直觉外科公司于2000年上市，上市的时候每股不到八美元，股值最高点的是2012年5月份，每股达到588美元，昨天收盘的股价是519美元，一直是纳斯达克“长牛不衰”的股票。因为大家觉得这个市场非常大，所以世界范围内很多机构都在针对腹腔镜手术机器人进行研究。

除了手术领域，另外一个最主要的领域就是康复和助力机器人，以色列的 ReWalk 产品已经拿到了FDA的认证，现在市值已经达到三十多亿美元，典型的还有日本的HAL和美国的HULC机器人。

医院服务机器人，也已在医院得到应用，包括导诊、辅助护士操作等。

典型的应用包括埃博拉病毒爆发的时候通过机器人进行消毒，可以有效地避免人员受到病毒感染。服务型机器人在医院的应用将越来越多。

还有一个重要的领域就是机器人化的医用设备，现在高端的医疗装备纷纷引入机器人技术，如西门子这款最新的DSA设备就是应用机械臂技术。大量应用机器人技术也是现在医疗装备行业发展的趋势。

那么，国内医用机器人研究进展如何？

国内医用机器人的研究起源于九十年代，典型的系统如北航和海军总医院联合研制的脑外科手术机器人，获得了CFDA的认证，已经完成了几千例的临床手术。2003年实现了北京到沈阳之间的远程机器人导航脑外科手术。

北航研制的骨科手术机器人也获得了CFDA认证，2006年的时候完成了北京到延安之间的远程骨科手术。 
此外哈工大在腹腔镜、骨科、介入手术等领域开展研究，中科院自动化所、沈阳所、深圳院等在血管介入、骨科等领域开展研究，天津大学在腹腔镜、显微外科等领域开展研究，北京理工大学在软组织穿刺、颅颌面外科等领域开展研究，复旦、浙大等也都在医用机器人方面开展了研究，取得了一系列的成果。

医用机器人的关键技术有哪些？

1、机器人优化设计技术

医用机器人既然叫机器人，那就离不开机器人的基础理论和关键技术，包括机构、控制、传感、人机交互、遥操作和材料等等，这方面和传统机器人没有太大差别。

设计时要摆脱传统工业机器人的“影子”，实现轻量化、精密、灵巧机器人机构构型创新设计。

2、系统集成技术

医用机器人有“医用”的特殊内涵，要求安全有效。系统集成时一定要面向具体的手术流程需求，考虑手术室如何应用，注意人机功效学的研究。如果医生不接受你的系统，你理论工作做得再好、技术再先进也不可能得到推广应用，所以医用机器人更强调“医生-机器人-患者”三者的共融。

3、遥操作及远程手术技术

目前成功的手术机器人大多是主从操作式机器人，未来的趋势是远程手术，因此遥控操作和远程手术技术也是大家看重的。

4、手术导航技术

基于机器人系统的3D手术规划，利用医学影像实时重建及融合处理和手术机器人高精度3D跟踪定位及可视化技术，实现术中实时标定及配准。

5、软体机器人技术

现在比较流行的一项技术，未来在医疗领域的前景也是非常好的，如输尿管镜机器人在泌尿外科是非常有前景的。

6、医疗与互联网和大数据—数字医疗、移动医疗、穿戴式医疗、远程医疗

由于新技术的出现，医用机器人也需要与时俱进，包括数字医疗、移动医疗、穿戴式医疗和远程医疗。这种趋势也越来越明显了，日本的Pepper机器人把云计算和大数据利用起来以后可以很好地在情感陪护方面介入进去，这也是未来的一个发展趋势。

写在后面：从事医疗机器人的研究体会

从事医用机器人研究最重要的是医工结合。如下图：

医生是直接用户，可以帮助你确定机器人的功能，确定适用症和禁忌症；同时医生又是评判专家，机器人好不好用是由医生来说了算，绝对不是由研究的工程人员说了算。一定要走这样一条路：

由医生提出功能需求，工程人员理解医生的要求后翻译成工程语言，设计初步方案，然后医工结合确定系统方案，最后实施。

如果不经过这个过程系统很难与“医”贴合。

附：紫丁香人工智能和先进制造俱乐部介绍

【紫丁香人工智能和先进制造俱乐部】微信号Lilac_AICLUB。俱乐部是依托哈工大创业校友联合会基础上成立，立足于哈工大校友在人工智能、机器人、智能硬件、3D打印及智能制造领域的优势，以帮助校友在该领域免费找人，找资金，找资源为目的，共享校友优势资源，帮助校友持续、成功创业的组织。