醫(yī)療機(jī)器人技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用
——以達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人和膠囊機(jī)器人為例

（上海市回民中學(xué)，上海 200065）

0.引言

近年來，隨著機(jī)器人技術(shù)的不斷進(jìn)步，醫(yī)療領(lǐng)域開始使用機(jī)器人相關(guān)技術(shù)并成為研究熱點(diǎn)，醫(yī)療機(jī)器人也成為了人工智能研究的重要發(fā)展方向。醫(yī)療機(jī)器人的程序可以設(shè)定，并且在耐心、細(xì)心、疲憊等方面都優(yōu)于人類醫(yī)療工作者，用處繁多，可用于移動(dòng)病人、醫(yī)用教學(xué)、臨床醫(yī)療等，能夠?yàn)獒t(yī)療做出許多貢獻(xiàn)，十分有發(fā)展前景，也會(huì)對(duì)相關(guān)技術(shù)進(jìn)行推動(dòng)，有很大的研究意義。

本文介紹了達(dá)芬奇機(jī)器人和膠囊機(jī)器人的設(shè)計(jì)理念、運(yùn)用領(lǐng)域和技術(shù)優(yōu)勢(shì)，以及目前的缺陷問題和對(duì)醫(yī)療領(lǐng)域的影響，分析了機(jī)器人在醫(yī)療領(lǐng)域的發(fā)展會(huì)對(duì)人類造成的影響，對(duì)未來醫(yī)療機(jī)器人的發(fā)展及爭(zhēng)論進(jìn)行了展望。

1.醫(yī)療機(jī)器人

1.1 概述

醫(yī)療機(jī)器人是一種服務(wù)型機(jī)器人，結(jié)合了多種技術(shù)，種類繁多，經(jīng)常被用于醫(yī)院、診所的醫(yī)療或輔助醫(yī)療和傷病員的救援、轉(zhuǎn)運(yùn)、手術(shù)和康復(fù)，在許多方面承擔(dān)了繁重的工作量，給醫(yī)療領(lǐng)域帶來重大的影響。它能依據(jù)實(shí)際情況確定動(dòng)作程序，然后自己進(jìn)行操作，也能夠在手術(shù)或其他地方輔助醫(yī)生進(jìn)行治療，準(zhǔn)確性比人類高出很多。

1.2 醫(yī)療機(jī)器人發(fā)展歷史及現(xiàn)狀

醫(yī)療機(jī)器人的發(fā)展最早可以追溯到1985年，由美國(guó)加州的一家放射醫(yī)學(xué)中心研發(fā)。其后，包括IBM公司在內(nèi)的美國(guó)科技企業(yè)先后推出了協(xié)助外科手術(shù)的機(jī)器人系統(tǒng)。商業(yè)化的手術(shù)機(jī)器人最早用于微創(chuàng)手術(shù)，微創(chuàng)手術(shù)需要精密的操作，機(jī)器人在這方面有著天然的優(yōu)勢(shì)。機(jī)器人用于微創(chuàng)手術(shù)，既能提高手術(shù)精度，降低患者的痛苦，還能大大降低手術(shù)的成本。這也使得手術(shù)機(jī)器人能夠在更大范圍內(nèi)得到應(yīng)用[1]。

醫(yī)療機(jī)器人發(fā)展到現(xiàn)在已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展，其中比較有代表性的是達(dá)芬奇機(jī)器人和膠囊機(jī)器人。達(dá)芬奇機(jī)器人如圖1所示，是列奧納多·達(dá)芬奇大約于1495年所設(shè)計(jì)的仿人型機(jī)械，現(xiàn)在技術(shù)非常成熟。達(dá)芬奇機(jī)器人包括3個(gè)部分：手術(shù)控制臺(tái)、控制系統(tǒng)和機(jī)械臂，它能夠通過使用微創(chuàng)的方法實(shí)施復(fù)雜的外科手術(shù)，例如普通外科手術(shù)和兒童外科手術(shù)等。醫(yī)生坐在手術(shù)控制臺(tái)上使用電腦發(fā)出指令。達(dá)芬奇機(jī)器人可以突破人手的局限，還可防止人手可能出現(xiàn)的抖動(dòng)現(xiàn)象，并且創(chuàng)口微小，精確度很高，但缺點(diǎn)是操作相對(duì)復(fù)雜。

膠囊機(jī)器人如圖2所示，全稱為“磁控膠囊內(nèi)鏡系統(tǒng)”。醫(yī)生可以通過軟件實(shí)時(shí)精確操控體外磁場(chǎng)來控制膠囊機(jī)器人在胃內(nèi)的運(yùn)動(dòng)，按照需要的角度拍攝照片。目前在全球應(yīng)用非常廣泛的膠囊機(jī)器人PhillCam2011傳送高清圖像的速度已經(jīng)達(dá)到了14楨/s，服務(wù)的患者超過25萬[2]。膠囊機(jī)器人的優(yōu)勢(shì)很明顯，它觸達(dá)的位置更加多和精細(xì)，操作方便，且因?yàn)轶w積小不會(huì)對(duì)病人產(chǎn)生傳統(tǒng)胃鏡那樣的不適感。不過膠囊機(jī)器人的功效因人而異，不同人的腸胃會(huì)產(chǎn)生不同的拍照效果，目前還無法控制拍照質(zhì)量。所以目前膠囊機(jī)器人的使用僅限于疾病診斷，還未真正用于手術(shù)。

圖2 膠囊機(jī)器人

醫(yī)療機(jī)器人是機(jī)器人領(lǐng)域最活躍的部分之一，包括華志微創(chuàng)在內(nèi)的幾十家國(guó)內(nèi)機(jī)器人企業(yè)也投入資金研發(fā)醫(yī)療機(jī)器人，多數(shù)企業(yè)獲得了數(shù)千萬級(jí)的融資，從側(cè)面表明醫(yī)療機(jī)器人具有值得期待的市場(chǎng)前景。

1.3 醫(yī)療機(jī)器人對(duì)醫(yī)療行業(yè)的影響

在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中，醫(yī)療機(jī)器人是非常具有技術(shù)前景和市場(chǎng)前景的產(chǎn)品，國(guó)內(nèi)外需求都比較大。根據(jù)國(guó)際機(jī)器人聯(lián)盟統(tǒng)計(jì)，全球醫(yī)療機(jī)器人市場(chǎng)總值正在迅速增長(zhǎng)。結(jié)合目前風(fēng)頭正勁的互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)療概念，醫(yī)療機(jī)器人或?qū)⑹贯t(yī)療界產(chǎn)生重大的改變[3]。

機(jī)器人有著很多相比較于人類的優(yōu)點(diǎn)，在醫(yī)療方面發(fā)展的潛力巨大，能帶來很多好的影響。比如醫(yī)療機(jī)器人能夠很快地進(jìn)行醫(yī)療診斷，一個(gè)人類醫(yī)生需要診斷成百上千個(gè)病例才能積累經(jīng)驗(yàn)，但機(jī)器人可以掃描成百上千個(gè)案例并分析，極快地獲取經(jīng)驗(yàn)，有醫(yī)療機(jī)器人代替醫(yī)生去診斷普通病人，資深的專家可以從繁瑣的診斷中抽身，投身于疑難病癥的研究中，加快醫(yī)療界的發(fā)展。

另外，人類在做了長(zhǎng)時(shí)間的手術(shù)后會(huì)感到疲憊，從而影響到手術(shù)質(zhì)量和安全，甚至可能出現(xiàn)重大的失誤，手術(shù)臺(tái)上的失誤會(huì)對(duì)病人造成終身的影響，甚至失去生命，但是醫(yī)療機(jī)器人即使勞動(dòng)強(qiáng)度再大不會(huì)感到疲憊，長(zhǎng)時(shí)間的手術(shù)不會(huì)影響到它的狀態(tài)，只是消耗壽命。

除此之外醫(yī)療機(jī)器人也可以承擔(dān)護(hù)理病人的工作，如圖3所示，例如在給病人做檢查、更衣、送飯等，在醫(yī)院外也有家庭護(hù)理的機(jī)器人。醫(yī)院不再需要大量的醫(yī)護(hù)人員，也會(huì)在一定程度上減緩醫(yī)患矛盾。

圖3 家庭護(hù)理機(jī)器人

當(dāng)前，我國(guó)的老齡化現(xiàn)象非常嚴(yán)重，一方面年齡較大的人身體素質(zhì)降低，有更大的傷殘風(fēng)險(xiǎn)，年齡越大危險(xiǎn)越大；另一方面，醫(yī)療機(jī)器人由于其智能性特點(diǎn)，能夠跟蹤患者的健康情況，并根據(jù)患者的恢復(fù)狀況實(shí)時(shí)更新治療方案，不僅減少了醫(yī)護(hù)成本，也提升了治療效率[4]。

在遇到重大疫情時(shí)，比如2020年年初爆發(fā)的新冠疫情中，面臨醫(yī)療資源短缺，醫(yī)療機(jī)器人可以一定程度緩解醫(yī)療資源和人力短缺的情況。對(duì)于千篇一律的重復(fù)性操作，比如病毒檢測(cè)、化驗(yàn)等，使用醫(yī)療機(jī)器人代替人力更高速、更精確，可以節(jié)約大量時(shí)間、節(jié)省人力，為抗疫做出巨大的貢獻(xiàn)。

2.醫(yī)療機(jī)器人取代人造成的弊端

2.1 患者私人信息泄露

私人信息是患者的隱私，一旦私人信息泄露，會(huì)對(duì)患者造成很大危害：一些商業(yè)部門可以較容易地從中獲取和利用患者信息進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析和處理，了解患者需要的藥物和醫(yī)療設(shè)備，由此對(duì)患者進(jìn)行大量營(yíng)銷，給患者的正常生活造成困擾。有的患者不能識(shí)破商業(yè)部門的營(yíng)銷套路，便會(huì)被欺騙購買他們所推銷的產(chǎn)品，損失一大筆錢財(cái)，如果處理不當(dāng)甚至可能惡化成醫(yī)患矛盾。私人信息也可能包含有患者不愿讓人知道的隱私，患者的隱私一旦暴露會(huì)傷到患者的自尊心；可能破壞患者的人際關(guān)系；可能會(huì)產(chǎn)生不必要的誤會(huì)；也有可能會(huì)惡化成醫(yī)患矛盾。大部分醫(yī)療工作人員可以遵守醫(yī)德保護(hù)好患者的私人信息，但醫(yī)療機(jī)器人是被編寫的程序，大量黑客很容易從中竊取患者信息，并且醫(yī)療機(jī)器人為了更好地進(jìn)行治療需要大量關(guān)于病人的數(shù)據(jù)，也增加了病人私人信息泄露的風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 大量醫(yī)療員工失業(yè)

人類在學(xué)習(xí)能力和腦容量以及抗疲勞程度等方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及人工智能，所以醫(yī)療機(jī)器人可以在護(hù)理病人、開藥方等大量方面取代人類工作人員，隨之產(chǎn)生的影響就是大量員工失業(yè)。并且機(jī)器人不止在醫(yī)療方面的職業(yè)可以取代人類，在成千上萬的職業(yè)中都能夠取代人類。失業(yè)會(huì)造成人力的浪費(fèi)，使得人們沒有穩(wěn)定的收入去支持家庭或養(yǎng)活自己，缺少與人溝通的機(jī)會(huì)，人們一段時(shí)間離開工作后即使找到了新的工作也需要時(shí)間去適應(yīng)，大量人員失業(yè)會(huì)對(duì)國(guó)家以及社會(huì)造成難以估計(jì)且難以恢復(fù)的影響。

2.3 患者缺少情感交流

人類擁有著七情六欲，也正因此擁有著同理心和善心，可以和患者進(jìn)行交流，給予患者關(guān)愛，會(huì)尊重病人、照顧病人的感受。人類自古以來都出于群居的狀態(tài)，長(zhǎng)時(shí)間處于缺少情感交流的狀態(tài)會(huì)對(duì)人的內(nèi)心造成極大的痛苦，也會(huì)對(duì)人的精神狀態(tài)造成不同程度的負(fù)面影響。醫(yī)療機(jī)器人是無情感的，它們的治療更像是流水線的操作，會(huì)讓病人長(zhǎng)期處于缺少情感交流的狀態(tài)。長(zhǎng)期下來患者對(duì)醫(yī)院治療產(chǎn)生了擔(dān)憂、反感、甚至厭惡的情緒，不再在生病時(shí)立刻想到去醫(yī)院，而是想到去藥店買藥。有可能簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單的頭疼胃疼，都是絕癥的早期表現(xiàn)，這樣以來就耽誤了治療，形成惡性循環(huán)。不能只從生物學(xué)的角度把換著治療好，患者心理學(xué)上的健康也是同樣重要的。

2.4 失誤的承擔(dān)

目前沒有出現(xiàn)能完全脫離人類的控制自行進(jìn)行醫(yī)療的醫(yī)療機(jī)器人。人都會(huì)犯錯(cuò)，包括寫下機(jī)器人復(fù)雜程序的工作人員。如果說醫(yī)療人員操縱機(jī)器人進(jìn)行手術(shù)的過程中產(chǎn)生突發(fā)情況，造成了不可挽回的影響，可能是醫(yī)療人員的失誤也可能是機(jī)器的故障。如果單純是工作人員的失誤的話責(zé)任很好評(píng)定，機(jī)器人程序員、院方、操作者、生產(chǎn)廠商等都可能被追究責(zé)任。但如果是醫(yī)療機(jī)器人的故障，它對(duì)患者造成的各方面損失由誰來承擔(dān)很難評(píng)定，沒有人可以確保醫(yī)療機(jī)器人手術(shù)是萬無一失的。

和人一樣，機(jī)器人也會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤，雖然理論上機(jī)器人出錯(cuò)幾率比人低，但其錯(cuò)誤帶來的危險(xiǎn)仍然可能是致命的。鑒于此原因，如何降低醫(yī)療機(jī)器人的故障率是首先應(yīng)該解決的核心問題，因?yàn)橐坏┏鲥e(cuò)，很有可能降低人們對(duì)醫(yī)療機(jī)器人的信任，從而影響其長(zhǎng)久的發(fā)展[5]。

3.展望

醫(yī)療機(jī)器人在許多方面都優(yōu)于人類，越來越多的醫(yī)院購買并使用醫(yī)療機(jī)器人是必然的趨勢(shì)。要讓醫(yī)療機(jī)器人更廣泛地被運(yùn)用，首先，要使得醫(yī)療機(jī)器人的種類更加豐富，可以對(duì)更多的病癥起到幫助作用。現(xiàn)在機(jī)器人以及成功被運(yùn)用于手術(shù)、外科檢查、康復(fù)治療等多個(gè)領(lǐng)域，為了使醫(yī)療機(jī)器人適應(yīng)復(fù)雜的環(huán)境，需要使醫(yī)療機(jī)器人更加智能化，并且可以進(jìn)一步減少手術(shù)創(chuàng)口大小，縮短手術(shù)所用時(shí)間。其次，現(xiàn)在醫(yī)療機(jī)器人的價(jià)格非常昂貴，需要尋找方法降低價(jià)格來使各地醫(yī)院更容易接受。需要尋找成本更便宜，但又安全可靠不被排斥的材料，也是未來醫(yī)療機(jī)器人發(fā)展需要考慮的一個(gè)問題。

人和醫(yī)療機(jī)器人的協(xié)同工作也很重要。現(xiàn)在部分醫(yī)療機(jī)器人操作很困難，學(xué)習(xí)如何操作也很麻煩，未來需要尋找方法去降低學(xué)習(xí)與操作的難度來使其更容易被接受。要想讓醫(yī)療機(jī)器人會(huì)更好地促進(jìn)醫(yī)療領(lǐng)域的發(fā)展，必須尋找辦法解決更多的缺陷[6]。

全球的科學(xué)家以及高科技企業(yè)都在致力于研究更加柔軟、小巧、智能、安全的醫(yī)療機(jī)器人，相信未來隨著醫(yī)療機(jī)器人技術(shù)的快速發(fā)展、整個(gè)醫(yī)療行業(yè)，甚至醫(yī)生這個(gè)職業(yè)都會(huì)被重新定義。不過，在醫(yī)療機(jī)器人實(shí)現(xiàn)全面商業(yè)化之前，還需要有更多的技術(shù)等待攻關(guān)，以及隨之而來的醫(yī)療機(jī)器人的倫理問題和發(fā)展等待解決。