在迪斯尼的動畫電影《超能陸戰(zhàn)隊》里講述了一位小朋友和機器人健康助手大白(Baymax)的故事。大白的在片中的使命就是關心他人，作為一個專業(yè)的健康顧問，只需一次簡單快速的掃描，大白就能檢測出生命指數(shù)，并且根據(jù)疼痛程度治療疾病。大白還可不斷學習，升級疾病庫，完善自身系統(tǒng)。實際上，大白遠不僅僅是純粹的虛構角色，大白的形象和功能設定參考了卡內(nèi)基梅隆大學、哈佛大學、麻省理工學院等頂級研究機構對下一代機器人的趨勢看法，是人們對未來醫(yī)療機器人具體形態(tài)的科學設想。
機器智能時代已經(jīng)來臨，智慧醫(yī)療機器人的應用也越來越普遍。智慧醫(yī)療機器人是傳感器、自動化、人工智能等多種技術相結合形成的智能體，在醫(yī)療行業(yè)中的應用主要涵蓋了醫(yī)療手術、康復運動、醫(yī)療后勤、醫(yī)護輔助四大場景，在高精度微創(chuàng)手術、康復訓練、病房消毒、醫(yī)療物資運送、院前導診、藥房抓藥等多方面都發(fā)揮著作用，在現(xiàn)代化的醫(yī)院當中，智慧醫(yī)療機器人正發(fā)揮著越來越不可忽視的作用。
盤點4大場景22大類醫(yī)療機器人，聚焦未來智能醫(yī)療的這一重要角色-肽度TIMEDOO
智慧醫(yī)療機器人核心技術架構
手術機器人和康復機器人是智慧醫(yī)療機器人最重要的兩種產(chǎn)品形態(tài)，由于其功能上的不可或缺性，受到智慧醫(yī)療機器人廠商和醫(yī)療機構的最廣泛關注。國外的智慧醫(yī)療機器人廠商由于起步較早，具備一定的技術優(yōu)勢，占據(jù)了較多的高端市場份額，但國內(nèi)的智慧醫(yī)療機器人廠商也在迎頭趕上，不斷加大技術和市場投入，并在導診機器人、后勤機器人等一些特色產(chǎn)品領域占據(jù)了一定的市場，此外，政策上的扶持也給國內(nèi)智慧醫(yī)療機器人廠商帶來了更多市場機會和競爭優(yōu)勢。
智慧醫(yī)療機器人的發(fā)展也存在諸多挑戰(zhàn)。高精度手術機器人依舊存在故障風險，嚴重時可危及到患者的生命安全，如最知名的達芬奇手術機器人，就存在操作臺抓手無“力反饋”、術后患者手術車無法移動、手術過程中儀器突然顯示黑屏等潛在風險。在人機交互方面，目前的語音交互技術尚不完全成熟，無法100%識別對話者意圖，當應用于智慧醫(yī)療機器人時，面對復雜的醫(yī)療場景，就更難達到理想效果。
技術進步是驅動智慧醫(yī)療機器人發(fā)展的最核心因素。人工智能技術在處理計算機視覺、自然語言處理、語音識別等技術任務方面存在天然優(yōu)勢，能夠大大增強智慧醫(yī)療機器人的交互能力，傳感器技術的不斷進步，則提高了智慧醫(yī)療機器人的精細化感知能力。醫(yī)療場景多樣復雜，對機器人的運行要求也較為嚴格，智慧醫(yī)療機器人作為結合多類高精尖技術的綜合體，需要工業(yè)界、AI技術商、醫(yī)療機構等多方共同協(xié)作，才能開發(fā)出滿足實際醫(yī)療場景需求的機器人產(chǎn)品。
機器之心希望通過本報告《機器智能時代下醫(yī)療機器人的新變革——醫(yī)療行業(yè)中智慧醫(yī)療機器人的應用現(xiàn)狀及展望》，幫助醫(yī)療機器人產(chǎn)業(yè)鏈上下游相關企業(yè)管理者及技術研發(fā)人員、機器人零部件及材料供應商、醫(yī)護人員、醫(yī)療機構管理人員系統(tǒng)性了解智慧醫(yī)療機器人的發(fā)展近況，為關注醫(yī)療行業(yè)智能化升級的從業(yè)者全面展示智慧醫(yī)療機器人的應用全貌，并提供詳實的案例參考。
報告目錄

盤點4大場景22大類醫(yī)療機器人，聚焦未來智能醫(yī)療的這一重要角色-肽度TIMEDOO

部分應用案例
4.1 醫(yī)療手術機器人代表產(chǎn)品及應用案例
MAKO關節(jié)外科骨科機器人
Stryker公司的MAKO關節(jié)外科骨科機器人在2015年8月獲得美國食品藥品監(jiān)督管理局(FDA)核準，是一款半主動型手術機器人，可用于單髁、全膝及全髖關節(jié)置換術。它通過術前CT掃描設計手術計劃，術中依據(jù)個體化模型實時校正，在觸覺反饋系統(tǒng)下防止過度操作。2015-2017年間，Mako機器人在美國、英國、澳洲與德國65家醫(yī)院使用，共進行超過1400次手術。臨床數(shù)據(jù)表明，在2年內(nèi)使用Mako部分膝關節(jié)置換的翻修率僅有0.5%，采非Mako手術則為3.5%，代表臨床質量獲得大幅提升。另外，前者30天并發(fā)癥率也降低36%，使用Mako手術者，在90天內(nèi)并發(fā)癥比率與再入院成本也比非Mako手術低66%。
SpineAssist脊柱外科手術機器人
SpineAssist機器人系統(tǒng)是由以色列公司開發(fā)用來進行脊椎手術的小型機器人，是目前用于脊柱手術臨床使用較成熟的機器人系統(tǒng)。SpineAssist機器人系統(tǒng)的原理是首先將患者的脊柱CT資料輸入機器人軟件，軟件將CT資料轉換為3D影像，術者通過影像選擇合適手術部位、介入方式及置入物尺寸，來形成術前手術方案，然后將機器人固定在患者脊柱上，機器人到達方案中手術介入點修復誤差，開始螺釘置入的手術過程。該機器人手術系統(tǒng)適用于脊柱手術過程中螺釘置入固定。一項基于2005年6月至2009年6月期間在美國，德國和以色列的14家醫(yī)院進行的840多例病例的臨床實驗表明，SpineAssist在脊柱手術中98％的種植體位置具有臨床準確性。相比之下，文獻中記錄的手動植入物在大約10％的病例中放置是錯位的，研究表明，與自由手術相比，SpineAssist有助于顯著降低錯位螺釘和神經(jīng)功能缺損的發(fā)生率。
4.2 康復運動機器人代表產(chǎn)品及應用案例
LUKE仿生假肢
2007年，美國國防部的高級計劃研究機構(DARPA)為幫助因為戰(zhàn)爭而截肢的軍人更好的回歸日常生活，花巨資資助啟動以研發(fā)新一代的假肢為目的的“Evolutionizing-Prosthetics”研究課題。2014年，DAPRA的研究員研制出全新一代LUKE仿生假肢，LUKE可以一次處理多個指令，這使它能盡可能的自然運動。DARPA宣稱，LUKE假肢能辨別10種不同肌電信號指令，并且可以完成十分靈巧的手臂和手部動作，同時還配置了握力反饋。根據(jù)對其的早期測試，LUKE已經(jīng)可以相當靈活的完成日常生活非常精細的動作，如梳頭、開鎖等。在獲得FDA批準生產(chǎn)后，DARPA宣布向沃爾特·里德國家醫(yī)療中心(WRNMMC)提供該種假肢。接下來，它將跟其他來自同一產(chǎn)品線的假肢一同為退伍軍人服務。WRNMMC將選出符合規(guī)定的退伍軍人，而制造LUKE的MobiusBionics公司將在醫(yī)院展開假肢操作培訓。
Fourier M2上肢康復機器人
Fourier M2是傅利葉智能自主開發(fā)的新一代上肢康復機器人，匯集多種功能訓練模式，可實現(xiàn)多樣化的任務導向訓練，將運動控制訓練和認知訓練相結合，肌力訓練和關節(jié)活動度訓練結合的訓練方式。在實際應用場景中，上肢康復機器人通過力反饋技術，可以模擬治療師的手感，像治療師的手一樣，牽引中風、腦癱、上肢功能障礙等患者的上肢進行康復訓練。機器人還可以判斷每個動作是否標準，根據(jù)患者的反饋實時智能進行調(diào)整，不斷根據(jù)訓練的數(shù)據(jù)庫，給予最優(yōu)的方案。設備的多個方位上都內(nèi)置了各類高精度傳感器，讓整個訓練過程做到有量可循，即每一次訓練后系統(tǒng)會自動生成圖文并茂的報表，幫助康復治療師為患者制定個性化的康復訓練方案。Fourier M2是中國首個批量出口歐美的康復機器人，可用于醫(yī)院康復科、社區(qū)康復中心、養(yǎng)老服務機構等。
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4.3 醫(yī)療后勤機器人代表產(chǎn)品及應用案例
鈦米自動配送機器人
鈦米自動配送機器人系統(tǒng)主要用于手術室、靜配中心、檢驗科、住院藥房、中心供應室等醫(yī)療場景與病區(qū)之間的大批量物資配送，可實現(xiàn)院內(nèi)重點科室全覆蓋。鈦米自動配送機器人可自主路徑規(guī)劃、自動導航與靈敏避障，自主通過自動門與上下電梯，可實現(xiàn)多臺機器人同時配送不間斷。鈦米自動配送機器人通過身份識別與權限管理，保障物資配送與使用的安全性，打造智慧化物資配送與管控的閉環(huán)管理。鈦米自動配送機器人系列已在全國超百家醫(yī)院落地使用，包括鄭州大學第一附屬醫(yī)院、武漢協(xié)和醫(yī)院、上海交通大學醫(yī)學院附屬仁濟醫(yī)院、上海交通大學醫(yī)學院附屬瑞金醫(yī)院等。在仁濟醫(yī)院中，自2017年9月到2018年8月，鈦米機器人配送平均每天33趟，全年累計代替巡回護士走了7320公里，約1830萬步，減少護士取耗材時間約610小時，不僅減少了巡回護士工作量，同時實現(xiàn)了二級庫房醫(yī)療物資尤其是高值耗材的入庫、申領、出庫、配送等全程管理。
Xenex消毒機器人
醫(yī)療設備制造商Xenex消毒服務公司生產(chǎn)的消毒機器人可以有效利用脈沖氙紫外線技術，凈化手術室，消滅隱藏于醫(yī)療設備中的可能造成醫(yī)院獲得性感染的微生物。Xenex的除菌機器人所使用的脈沖氙氣是一種環(huán)境友好型的惰性氣體，可以創(chuàng)建全光譜，通過高強度紫外線燈，不到五分鐘就能夠快速消滅感染性細菌。不同于由汞燈泡產(chǎn)生的窄光譜UV光，脈沖氙UV已經(jīng)經(jīng)過反復證明，可以降低了感染率并增強患者的安全性。根據(jù)已經(jīng)使用Xenex設備的醫(yī)院發(fā)布的研究結果表明，當這些醫(yī)院使用Xenex的機器人為房間消毒時時，C.di?、MRSA、以及手術部位感染率可以下降50-100％。Xenex機器人根據(jù)醫(yī)院環(huán)境進行設計，便攜且易于使用，使用過程中不會中斷醫(yī)院日常工作。根據(jù)機器人的不同型號，每次消毒大約需要4-5分鐘。每天機器人大約可以為包括病房、手術室、設備室、急診室、重癥監(jiān)護室和公共區(qū)域等在內(nèi)的30-62個房間消毒。目前有包括美國，加拿大，歐洲，非洲和日本在內(nèi)的大約400家醫(yī)院、退伍軍人事務部和國防部設施正在使用Xenex機器人。這些機器人也可以用于護理設施，流動手術中心和長期急性護理設施的消毒。
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4.4?醫(yī)護輔助機器人代表產(chǎn)品及應用案例
衛(wèi)邦科技智能靜脈用藥配置機器人
衛(wèi)邦配液機器人WEINAS通過標準化的工具與流程，可以在幾分鐘之內(nèi)實現(xiàn)西林瓶與安瓿瓶藥劑的混合配制。這一過程中，WEINAS可以完成“藥品檢測、針頭軟管排氣、西林瓶藥劑混合、安瓿瓶切割、藥液抽取、劑量檢測、輸液袋藥劑混合、針頭丟棄”等一連貫操作，能夠同時針對安瓿瓶、西林瓶進行配液，WEINAS對安瓿瓶的切割失誤率為萬分之五，遠超人工操作的精度。借助圖像識別技術，WEINAS能實現(xiàn)對安瓿瓶內(nèi)試劑的精準抽取。衛(wèi)邦為配液機器人開發(fā)了一整套交互系統(tǒng)，關于減速器、搖液盤、馬達等重要零部件，衛(wèi)邦則選擇讓三菱、三洋、東芝等日本企業(yè)供貨。配液機器人目前成本較高，醫(yī)院采用醫(yī)院不夠積極，據(jù)相關人士測算，一臺400萬的配液機器人，一小時可以配12單，按照目前PIVAS（靜脈藥物配置中心）系統(tǒng)的收費標準，一單最多也就15元，一小時的營收是180元。由于注射用藥物有一定的時效性要求，病房注射大部分集中在早晨，存在負荷峰谷問題，所以滿負荷工作估計也就是從早上7點到11點這四個小時，其他時間就要閑很多，滿打滿算一天1500元的效益，一年也只有45萬。9年才能達到400萬，而且這還不算工作損耗、維護和人工費用。
Handy1助餐機器人
Handy1服務機器人第一代樣機由英國Mike Topping公司在1987年開始開發(fā)，用以完成身體部分功能障礙患者的日常護理，例如進餐、飲水、刮胡須、刷牙等。Handy1具有通話功能，可以在操作過程中為護理人員及用戶提供有用的信息，同時有助于突破語言障礙。它配備了三種不同的托盤：吃喝托盤、洗臉托盤、化妝托盤。該機器人還能夠實現(xiàn)在啟動后的自動比較，位置上的信息反饋并且做到實時糾正用戶在操作中的錯誤，能夠為患者或護理人員提供語音幫助和提示。
在Handy1的托盤部分裝有光掃描系統(tǒng)，它使用戶能夠從餐盤的任何部位選擇食物。一旦系統(tǒng)通電，餐盤中的食物就被分到若干格中，共有7束光線在餐盤的后面從左到右掃描。用戶只需等到光線掃到他想吃的食物的那一格的后面時，就可按下開關，啟動Handy1。機器人前進到餐盤中所選中的部分，盛出一滿勺食物送到用戶的嘴里。用戶可按照自己希望的速度盛取食物，這一過程可重復進行，直到盤子空了為止。機器人上的計算機始終跟蹤盤中被選中食物的地方，并自動控制掃描系統(tǒng)越過空了的地方。利用托盤上的第8束光線，用戶在吃飯時可以夠得到任何地方的飲料。
4.5 其他類型機器人代表產(chǎn)品及應用案例
路虎60雪炮消防車
陸虎60雪炮消防車由德國施密茨公司生產(chǎn)，由軌道運載車、一輛大功率履帶車和一門高壓雪炮組成。主要用于隧道、地鐵、地下空間、大型化工企業(yè)等災害事故現(xiàn)場的滅火救援，屬半智能化機器人，國內(nèi)僅天津、成都等地消防部門配備。該機器人通過大密度的水表面積使環(huán)境溫度迅速降低，具有驅散有毒有害煙霧、開拓災害現(xiàn)場視野、改變煙道氣流方向等功能。該消防車長2.3米、高1.94米，自重1.89噸，陸地行駛時速6公里，軌道行駛時速40公里，爬坡能力30度，涉水深度7.5厘米，噴嘴流量400升/分鐘，噴射距離60米，送風速度170公里/小時。“路虎60”背負的高壓雪炮內(nèi)有360個噴嘴，水流經(jīng)過噴嘴后霧化成水汽，再經(jīng)風輪吹出，一次可噴射出大約10億個水珠。這樣的水霧不僅可以滅火和冷卻通道，還具備強大的排煙功能。水炮開始射水后，噴頭能立刻將水柱霧化，讓水霧對煙霧進行有效稀釋，排煙量達9萬立方米/小時。
國家納米科學中心DNA納米機器人
國家納米科學中心團隊發(fā)展了基于超分子自組裝的DNA納米機器人，用于活體運輸凝血酶進行腫瘤治療。該工作利用DNA折紙術構建智能化的分子機器，通過自組裝將凝血酶包裹在分子機器的內(nèi)部空腔，使其與外界底物隔絕而處于非活性狀態(tài)；分子機器兩端裝載有核酸適配體，提供靶向識別和定位功能；當DNA納米機器人到達腫瘤血管時，納米機器上的開關識別特異標志物而發(fā)生結構變化，使得開關從閉合狀態(tài)變?yōu)殚_啟狀態(tài)，整個納米機器由管狀結構打開變?yōu)槠矫娼Y構，暴露出內(nèi)部裝載的凝血酶進而實現(xiàn)誘導栓塞的功能。這種智能化的DNA納米機器人有望為腫瘤血供阻斷治療策略提供一種高效低毒的藥物新劑型。以其強大的活體運輸和響應識別功能，作為智能化的給藥平臺，進行多種藥物的聯(lián)合高效遞送。有望對傳統(tǒng)難以成藥的物質（如毒素、蛇毒蛋白等）實現(xiàn)有效包載和智能遞送，進而推動全新抗腫瘤藥物的開發(fā)，在納米藥物領域具有廣闊的應用前景。
來源：機器之心