醫(yī)療康復(fù)機(jī)器人進(jìn)入發(fā)展"快車道"

? 李光林 鄭 悅 吳新宇

目前，醫(yī)療康復(fù)領(lǐng)域越來越傾向于人與機(jī)器自然、精準(zhǔn)的交互，近年來，以人的智能和機(jī)器智能結(jié)合及人機(jī)交互為代表的技術(shù)突破使得人與機(jī)器之間的結(jié)合越來越緊密，借助人機(jī)交互技術(shù)和方法，將人的智能和機(jī)器智能結(jié)合起來，使二者優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、協(xié)同工作，并將在醫(yī)療康復(fù)方面孕育出重大的理論創(chuàng)新和技術(shù)方法突破。社會(huì)需求、技術(shù)革新和人機(jī)智能融合極大地促進(jìn)了醫(yī)療康復(fù)機(jī)器人的發(fā)展。

醫(yī)療手術(shù)機(jī)器人研究取得新突破

目前，外科手術(shù)機(jī)器人在外科醫(yī)生的操控下協(xié)助完成手術(shù)過程。通常情況下，外科醫(yī)生利用一個(gè)遠(yuǎn)程手術(shù)場(chǎng)景，操縱一個(gè)主輸入裝置根據(jù)手術(shù)要求發(fā)出手術(shù)操作指令，置于病人床邊的手術(shù)機(jī)器人接收到手術(shù)指令后，按照外科醫(yī)生輸入的命令執(zhí)行相應(yīng)的手術(shù)操作。

相比傳統(tǒng)的微創(chuàng)手術(shù)，外科手術(shù)機(jī)器人可以讓外科醫(yī)生提高體內(nèi)操作靈巧性,超越人類手術(shù)動(dòng)作距離的局限，實(shí)現(xiàn)更微小的手術(shù)動(dòng)作，完成更精準(zhǔn)的手術(shù)操作。外科手術(shù)機(jī)器人的杰出代表之一是美國(guó)直覺外科公司（ISRG）設(shè)計(jì)制造的達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人（da Vinci?）。在世界范圍內(nèi)，達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人已經(jīng)累計(jì)銷售3 000多臺(tái)，為超過250萬患者成功實(shí)施微創(chuàng)手術(shù)。由于價(jià)格等原因，達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人在我國(guó)的擁有數(shù)（二三十臺(tái)）和使用率還都非常低。為此，我國(guó)相關(guān)研究機(jī)構(gòu)和醫(yī)院積極合作，開展外科手術(shù)機(jī)器人的研發(fā)工作，在手術(shù)機(jī)器人技術(shù)和系統(tǒng)等方面取得了一些重要突破。例如，針對(duì)腹部手術(shù)的機(jī)器人輔助手術(shù)系統(tǒng)；具有自主控制、視覺定位和遠(yuǎn)程互動(dòng)的神經(jīng)微創(chuàng)外科機(jī)器人輔助手術(shù)系統(tǒng)；胸腹外科機(jī)器人；影像引導(dǎo)的經(jīng)自然腔道介入仿生型放療機(jī)器人、血管介入機(jī)器人、經(jīng)皮穿刺腹腔介入機(jī)器人等研究工作。此外，我國(guó)一些科研單位還相繼開展了面向脊柱外科手術(shù)的機(jī)器人系統(tǒng)研究，取得了一些重要技術(shù)的突破和進(jìn)展，一些脊柱手術(shù)輔助機(jī)器人系統(tǒng)完成了動(dòng)物實(shí)驗(yàn)。

功能康復(fù)與輔助機(jī)器人臨床取得一定效果

近年來，隨著生機(jī)電交互、智能控制及機(jī)器人等技術(shù)的不斷發(fā)展，功能康復(fù)與輔助機(jī)器人在國(guó)際上已經(jīng)逐步成為臨床康復(fù)治療的重要技術(shù)手段之一，并催生了一批新型康復(fù)機(jī)器人技術(shù)及系統(tǒng)。

針對(duì)因腦卒中等疾病造成的肢體運(yùn)動(dòng)功能障礙患者，除了傳統(tǒng)的由物理治療師來進(jìn)行的肢體訓(xùn)練外，康復(fù)機(jī)器人技術(shù)也已經(jīng)應(yīng)用到康復(fù)治療中。諸多臨床試驗(yàn)表明，康復(fù)機(jī)器人能一定程度上幫助長(zhǎng)期癱瘓的中風(fēng)患者恢復(fù)自身主動(dòng)控制肢體的能力?；颊呖梢栽诳祻?fù)機(jī)器人的幫助下，對(duì)肢體的患側(cè)進(jìn)行準(zhǔn)確重復(fù)性的運(yùn)動(dòng)練習(xí)，從而加快運(yùn)動(dòng)功能的康復(fù)進(jìn)程。根據(jù)腦神經(jīng)可塑性理論，腦功能重組的恢復(fù)訓(xùn)練應(yīng)該強(qiáng)調(diào)患者的主觀參與，按照科學(xué)的運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)方法對(duì)患者進(jìn)行再教育以恢復(fù)其運(yùn)動(dòng)功能，患者積極參與到功能恢復(fù)訓(xùn)練中，能夠獲得更好的恢復(fù)效果。為此，人們開始在基于工業(yè)機(jī)器人控制模式的傳統(tǒng)康復(fù)機(jī)器人中引入肢體——機(jī)器人互動(dòng)功能，使患者能夠主動(dòng)參與到治療過程中來，從而有利于提高康復(fù)治療效果。美國(guó)麻省理工學(xué)院研制了上肢康復(fù)機(jī)器人系統(tǒng)（MITMANUS） 。利用一系列視頻游戲，MIT-MANUS 可以實(shí)現(xiàn)腦中風(fēng)患者手臂肩關(guān)節(jié)及肘關(guān)節(jié)功能康復(fù)。隨后，他們又進(jìn)一步擴(kuò)展MIT-MANUS的功能，開發(fā)了不同版本的上肢康復(fù)機(jī)器人系統(tǒng)，例如：三自由度的腕關(guān)節(jié)康復(fù)機(jī)器人及手部功能康復(fù)機(jī)器人。下肢功能康復(fù)機(jī)器人的典型產(chǎn)品是由瑞士醫(yī)療器械公司與瑞士蘇黎世大學(xué)合作推出的洛克馬（LOKOMAT）。它是第一臺(tái)通過外骨骼式下肢步態(tài)矯正驅(qū)動(dòng)裝置輔助，用于有步態(tài)障礙的神經(jīng)科病人進(jìn)行步態(tài)訓(xùn)練，例如：腦卒中、脊髓損傷、腦外傷等。另外，美國(guó)姆特瑞卡（Motorika）公司研制的下肢康復(fù)機(jī)器人系統(tǒng)（REO）可通過大量重復(fù)性訓(xùn)練，誘導(dǎo)患者形成正確步態(tài)。需要指出的是，這些肢體功能康復(fù)機(jī)器人系統(tǒng)在臨床應(yīng)用中取得了一定的效果，但存在操作復(fù)雜、價(jià)格昂貴、缺乏主動(dòng)康復(fù)功能等問題，因此，這些康復(fù)機(jī)器人在我國(guó)的臨床康復(fù)中應(yīng)用比較少。

醫(yī)療康復(fù)機(jī)器人成戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)

醫(yī)療康復(fù)機(jī)器人涉及人類生命健康的特殊領(lǐng)域以及潛在的經(jīng)濟(jì)市場(chǎng)，已經(jīng)被多個(gè)國(guó)家列為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。例如，美國(guó)和歐洲先后發(fā)布機(jī)器人發(fā)展路線圖，都將醫(yī)療機(jī)器人列為優(yōu)先發(fā)展方向。在美國(guó)機(jī)器人發(fā)展路線圖中，醫(yī)療健康機(jī)器人被列為重點(diǎn)發(fā)展的5大類機(jī)器人領(lǐng)域之一，指出機(jī)器人系統(tǒng)將會(huì)應(yīng)用于醫(yī)療健康所涉及的多個(gè)層面（從手術(shù)室到家居、從年輕人到老年人、從體弱或體殘者到體健者、從常規(guī)手術(shù)到脫離人干涉的康復(fù)訓(xùn)練），以應(yīng)對(duì)精準(zhǔn)或微創(chuàng)手術(shù)、功能補(bǔ)償與康復(fù)、老年服務(wù)等對(duì)醫(yī)療健康的新需求。歐洲機(jī)器人發(fā)展規(guī)劃布局中明確指出，醫(yī)療機(jī)器人為醫(yī)療體系帶來的變革堪比幾十年前機(jī)器人技術(shù)對(duì)工業(yè)領(lǐng)域帶來的影響，醫(yī)療康復(fù)機(jī)器人是應(yīng)對(duì)人口老齡化、醫(yī)療資源需求增長(zhǎng)的必然發(fā)展方向，醫(yī)療康復(fù)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)將成為新世紀(jì)拉動(dòng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的重要引擎之一。

相對(duì)于一些發(fā)達(dá)國(guó)家，我國(guó)目前提供健康服務(wù)的醫(yī)療機(jī)構(gòu)和設(shè)施相對(duì)較少，特別是優(yōu)質(zhì)的醫(yī)療服務(wù)資源更加有限。一方面，我國(guó)許多醫(yī)務(wù)工作者（特別是在大型綜合醫(yī)院）每天都要面對(duì)眾多需要醫(yī)療服務(wù)的患者，工作量相當(dāng)繁重；另一方面，有限的醫(yī)療服務(wù)資源也難以滿足我國(guó)國(guó)民對(duì)健康服務(wù)日益增長(zhǎng)的龐大需求及應(yīng)對(duì)老齡化社會(huì)的到來。因而，將機(jī)器人技術(shù)融入到醫(yī)療事業(yè)可以有效緩解我國(guó)患者及殘障人群的醫(yī)療服務(wù)壓力、推動(dòng)民生科技快速發(fā)展。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展，對(duì)于服務(wù)于百姓醫(yī)療健康、服務(wù)于老齡化社會(huì)康復(fù)等方面的需求也越來越強(qiáng)烈，在國(guó)家及地方政府的大力支持下，我國(guó)醫(yī)療康復(fù)機(jī)器人技術(shù)及系統(tǒng)研究也取得了一些令人矚目的成果。未來，基于在醫(yī)療康復(fù)機(jī)器人領(lǐng)域已經(jīng)取得的技術(shù)基礎(chǔ)，我國(guó)需要進(jìn)一步大力開展外科手術(shù)和康復(fù)輔助機(jī)器人技術(shù)及系統(tǒng)的研發(fā)，推動(dòng)醫(yī)療康復(fù)機(jī)器人戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，以應(yīng)對(duì)我國(guó)國(guó)民對(duì)健康服務(wù)的需求（醫(yī)療、康復(fù)及老齡化）。

目前，我國(guó)在外科手術(shù)機(jī)器人及康復(fù)或輔助機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域已經(jīng)取得了一些突破和進(jìn)展，但這些機(jī)器人系統(tǒng)離臨床應(yīng)用還有一定的差距，手術(shù)和康復(fù)機(jī)器人系統(tǒng)的性能、安全性及可靠性等方面仍需進(jìn)一步的改善與提高。為了提高我國(guó)手術(shù)和康復(fù)機(jī)器人系統(tǒng)的性能，需要重點(diǎn)突破一批核心關(guān)鍵技術(shù)，特別是在機(jī)器人機(jī)構(gòu)學(xué)、動(dòng)力學(xué)、環(huán)境適應(yīng)技術(shù)等方面的研究，開發(fā)一批新型感知覺傳感、電機(jī)、減速器等關(guān)鍵核心部件；在腦、肌電信號(hào)運(yùn)動(dòng)意圖識(shí)別、多自由度靈巧、柔性操作、基于多模態(tài)信息的人機(jī)交互系統(tǒng)、感知覺神經(jīng)反饋、非結(jié)構(gòu)環(huán)境認(rèn)知與導(dǎo)航規(guī)劃、故障自診斷與自修復(fù)等關(guān)鍵技術(shù)方面實(shí)現(xiàn)突破，為智能醫(yī)療康復(fù)機(jī)器人系統(tǒng)的人機(jī)自然、精準(zhǔn)交互提供共性支撐技術(shù)。

另外，由于醫(yī)療康復(fù)機(jī)器人的應(yīng)用環(huán)境是醫(yī)院或家庭，因此機(jī)器人研發(fā)科學(xué)家和工程師應(yīng)積極與臨床外科手術(shù)及康復(fù)醫(yī)師積極合作與配合，根據(jù)醫(yī)療手術(shù)和康復(fù)的真實(shí)臨床需求，研發(fā)實(shí)用、可靠、安全、好用的智能醫(yī)療康復(fù)機(jī)器人系統(tǒng)。