醫療康復機器人進入發展"快車道"

? 李光林 鄭 悅 吳新宇

目前，醫療康復領域越來越傾向于人與機器自然、精準的交互，近年來，以人的智能和機器智能結合及人機交互為代表的技術突破使得人與機器之間的結合越來越緊密，借助人機交互技術和方法，將人的智能和機器智能結合起來，使二者優勢互補、協同工作，并將在醫療康復方面孕育出重大的理論創新和技術方法突破。社會需求、技術革新和人機智能融合極大地促進了醫療康復機器人的發展。

醫療手術機器人研究取得新突破

目前，外科手術機器人在外科醫生的操控下協助完成手術過程。通常情況下，外科醫生利用一個遠程手術場景，操縱一個主輸入裝置根據手術要求發出手術操作指令，置于病人床邊的手術機器人接收到手術指令后，按照外科醫生輸入的命令執行相應的手術操作。

相比傳統的微創手術，外科手術機器人可以讓外科醫生提高體內操作靈巧性,超越人類手術動作距離的局限，實現更微小的手術動作，完成更精準的手術操作。外科手術機器人的杰出代表之一是美國直覺外科公司（ISRG）設計制造的達芬奇手術機器人（da Vinci?）。在世界范圍內，達芬奇手術機器人已經累計銷售3 000多臺，為超過250萬患者成功實施微創手術。由于價格等原因，達芬奇手術機器人在我國的擁有數（二三十臺）和使用率還都非常低。為此，我國相關研究機構和醫院積極合作，開展外科手術機器人的研發工作，在手術機器人技術和系統等方面取得了一些重要突破。例如，針對腹部手術的機器人輔助手術系統；具有自主控制、視覺定位和遠程互動的神經微創外科機器人輔助手術系統；胸腹外科機器人；影像引導的經自然腔道介入仿生型放療機器人、血管介入機器人、經皮穿刺腹腔介入機器人等研究工作。此外，我國一些科研單位還相繼開展了面向脊柱外科手術的機器人系統研究，取得了一些重要技術的突破和進展，一些脊柱手術輔助機器人系統完成了動物實驗。

功能康復與輔助機器人臨床取得一定效果

近年來，隨著生機電交互、智能控制及機器人等技術的不斷發展，功能康復與輔助機器人在國際上已經逐步成為臨床康復治療的重要技術手段之一，并催生了一批新型康復機器人技術及系統。

針對因腦卒中等疾病造成的肢體運動功能障礙患者，除了傳統的由物理治療師來進行的肢體訓練外，康復機器人技術也已經應用到康復治療中。諸多臨床試驗表明，康復機器人能一定程度上幫助長期癱瘓的中風患者恢復自身主動控制肢體的能力。患者可以在康復機器人的幫助下，對肢體的患側進行準確重復性的運動練習，從而加快運動功能的康復進程。根據腦神經可塑性理論，腦功能重組的恢復訓練應該強調患者的主觀參與，按照科學的運動學習方法對患者進行再教育以恢復其運動功能，患者積極參與到功能恢復訓練中，能夠獲得更好的恢復效果。為此，人們開始在基于工業機器人控制模式的傳統康復機器人中引入肢體——機器人互動功能，使患者能夠主動參與到治療過程中來，從而有利于提高康復治療效果。美國麻省理工學院研制了上肢康復機器人系統（MITMANUS） 。利用一系列視頻游戲，MIT-MANUS 可以實現腦中風患者手臂肩關節及肘關節功能康復。隨后，他們又進一步擴展MIT-MANUS的功能，開發了不同版本的上肢康復機器人系統，例如：三自由度的腕關節康復機器人及手部功能康復機器人。下肢功能康復機器人的典型產品是由瑞士醫療器械公司與瑞士蘇黎世大學合作推出的洛克馬（LOKOMAT）。它是第一臺通過外骨骼式下肢步態矯正驅動裝置輔助，用于有步態障礙的神經科病人進行步態訓練，例如：腦卒中、脊髓損傷、腦外傷等。另外，美國姆特瑞卡（Motorika）公司研制的下肢康復機器人系統（REO）可通過大量重復性訓練，誘導患者形成正確步態。需要指出的是，這些肢體功能康復機器人系統在臨床應用中取得了一定的效果，但存在操作復雜、價格昂貴、缺乏主動康復功能等問題，因此，這些康復機器人在我國的臨床康復中應用比較少。

醫療康復機器人成戰略性新興產業

醫療康復機器人涉及人類生命健康的特殊領域以及潛在的經濟市場，已經被多個國家列為戰略性新興產業。例如，美國和歐洲先后發布機器人發展路線圖，都將醫療機器人列為優先發展方向。在美國機器人發展路線圖中，醫療健康機器人被列為重點發展的5大類機器人領域之一，指出機器人系統將會應用于醫療健康所涉及的多個層面（從手術室到家居、從年輕人到老年人、從體弱或體殘者到體健者、從常規手術到脫離人干涉的康復訓練），以應對精準或微創手術、功能補償與康復、老年服務等對醫療健康的新需求。歐洲機器人發展規劃布局中明確指出，醫療機器人為醫療體系帶來的變革堪比幾十年前機器人技術對工業領域帶來的影響，醫療康復機器人是應對人口老齡化、醫療資源需求增長的必然發展方向，醫療康復機器人產業將成為新世紀拉動國民經濟增長的重要引擎之一。

相對于一些發達國家，我國目前提供健康服務的醫療機構和設施相對較少，特別是優質的醫療服務資源更加有限。一方面，我國許多醫務工作者（特別是在大型綜合醫院）每天都要面對眾多需要醫療服務的患者，工作量相當繁重；另一方面，有限的醫療服務資源也難以滿足我國國民對健康服務日益增長的龐大需求及應對老齡化社會的到來。因而，將機器人技術融入到醫療事業可以有效緩解我國患者及殘障人群的醫療服務壓力、推動民生科技快速發展。隨著我國經濟和社會的發展，對于服務于百姓醫療健康、服務于老齡化社會康復等方面的需求也越來越強烈，在國家及地方政府的大力支持下，我國醫療康復機器人技術及系統研究也取得了一些令人矚目的成果。未來，基于在醫療康復機器人領域已經取得的技術基礎，我國需要進一步大力開展外科手術和康復輔助機器人技術及系統的研發，推動醫療康復機器人戰略性新興產業的發展，以應對我國國民對健康服務的需求（醫療、康復及老齡化）。

目前，我國在外科手術機器人及康復或輔助機器人技術領域已經取得了一些突破和進展，但這些機器人系統離臨床應用還有一定的差距，手術和康復機器人系統的性能、安全性及可靠性等方面仍需進一步的改善與提高。為了提高我國手術和康復機器人系統的性能，需要重點突破一批核心關鍵技術，特別是在機器人機構學、動力學、環境適應技術等方面的研究，開發一批新型感知覺傳感、電機、減速器等關鍵核心部件；在腦、肌電信號運動意圖識別、多自由度靈巧、柔性操作、基于多模態信息的人機交互系統、感知覺神經反饋、非結構環境認知與導航規劃、故障自診斷與自修復等關鍵技術方面實現突破，為智能醫療康復機器人系統的人機自然、精準交互提供共性支撐技術。

另外，由于醫療康復機器人的應用環境是醫院或家庭，因此機器人研發科學家和工程師應積極與臨床外科手術及康復醫師積極合作與配合，根據醫療手術和康復的真實臨床需求，研發實用、可靠、安全、好用的智能醫療康復機器人系統。