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科研動态

國産醫療機器人正走向臨床

發稿時間:2019-08-08來源:聚元生物

       近日,有研究報告顯示,智慧醫療機器人的應用日益廣泛,并成為醫療行業中關注的熱點。全球智慧醫療機器人市場保持高速增長态勢,應用領域涵蓋醫療手術、康複運動、醫護輔助和醫療後勤等多個門類。此前有專家介紹,目前,國外醫療機器人的占有率正逐步降低,我國的醫療機器人正在進入市場。

 


  血管介入機器人已練就敏銳觸覺


  人們熟知的機器人是笨重的,如何讓這些鋼鐵家夥扛得起“大包”,又玩得轉“柳葉刀”呢?這條“跨界”路上,敏銳的感知、實時的信号、最優化的處理一個也不能少。


  與“達芬奇”機器人的功能不同,另一種機器人需要更敏銳的觸覺,來迎接另一種場景的艱巨考驗。血管是遍布全身、形态各異的複雜網絡,而血管介入機器人能夠在血管中穿行、輔助醫生完成血管介入手術,練就了當之無愧的敏銳技藝。


  血管介入手術需要在專門的導管室中進行。由于需要X射線成像,才能操作導管、導絲等介入器械,過去醫生在手術過程中必須身穿沉重的鉛衣。在手術過程中需要頻繁調整角度、病人位置并注射造影劑,手術時間長。長期在導管室中工作還易出現脊柱病、白内障甚至癌症等職業病。


  危險的地方讓機器人代勞。目前多個國家已經研制了導管介入手術的輔助機器人,典型的功能是針對冠狀動脈狹窄,輔助醫生遞送導管、導絲、支架等介入器械。


  在血管裡穿行,每行進一毫米都要微米不差:經過主動脈,必須快速通過,以減少X射線和造影劑的使用。經過狹窄病變部位,需要高精度操作才能使導絲或導管穿過狹窄病變。


  高精準度、速度、策略在機器人“養成”的過程中一個也不能少。“血管介入手術中,醫生手指搓撚導絲時,手指關節的屈伸角度和推送導絲時手部的空間位置及方位都是影響手術成功的關鍵因素。”中國科學院自動化研究所複雜系統管理與控制國家重點實驗室研究人員奉振球說,為此研究團隊利用光纖數據手套,通過對人手骨骼和手指關節運動規律的分析,提出了一種手指屈伸角度識别的方法,建立了手指屈伸角度與數據手套輸出的映射關系。


   “我們根據這個方法,解決了數據手套輸出實用性不明确的問題,進行了屈伸角度實驗并驗證了方法的有效性。還通過引入電磁跟蹤傳感器,對傳統的數據手套進行改良。”奉振球說,這将彌補目前的血管介入機器人缺少觸覺反饋或者觸覺反饋不夠精細的缺陷,使得醫生在機器人的操作端擁有真實精細的觸覺。
 

   康複機器人市場規模快速增長。


  有調研數據顯示,全球醫療機器人的市場規模預計将從2016年的49億美元以21.1%的年複合增長率擴大到2021年的128億美元,其中,手術機器人的規模最大,康複機器人的增速最快。


  如果說手術機器人是“玩轉柳葉刀”的“好把式”,那麼康複機器人就是會“懸絲診脈”的“知心人”。


   “患者的運動意圖和實際的運動能力都要兼顧到。”中國科學院自動化研究所複雜系統管理與控制國家重點實驗室副研究員彭亮說,為了完成機器和人的“交互”,可以通過反映患者運動意圖的表面肌電信号,将數據經頻率振蕩器“虛拟”成肌肉節律性收縮,康複機器人感受到振蕩器就能輔助患者執行運動訓練了。

  康複機器人可以讀取肌電數據,那麼患者的肌電信号與連續的運動或力/力矩之間如何對應呢?這是康複機器人能夠“懸絲診脈”的關鍵,因此需要建立兩者之間的動态模型。

  在前不久的中國醫療機器人翠湖論壇上,中國康複研究中心神經内科主任趙軍介紹了偏癱步态運動學和動力學分析及康複訓練動作的設計的研究工作。他表示,為了将臨床經驗無限接近地傳遞給機器人,臨床工作需要“數據化”,例如結合先進的動作捕捉、足底壓力及表面肌電采集等技術,從關節運動學數據、動力學數據、肌肉活動等多方面對腦卒中偏癱患者進行更全面和精細的步态分析,根據分析結果設計更加科學和有針對性的康複訓練動作。


   “一款康複機器人醫療為什麼這樣行、那樣不行,需要深入的理論基礎和機理的研究,基礎來自臨床。”中科院自動化所副所長戰超表示,做康複機器人需要與臨床研究的深入結合,少不了醫院與研究院的“院院聯合”,在理論基礎的指引下,才能生産出經得起患者和市場檢驗的機器人。


  從實驗室到臨床期待“臨門一腳”

   “達芬奇”機器人的成功一定程度上得益于其被FDA批準進入臨床,目前全球正在使用的約有4000餘台。對于醫療器械來說,拿到生産許可證是其得以進入市場的“臨門一腳”。


  2016年11月16日,天智航公司取得了國家食品藥品監督管理總局(CFDA)頒發的手術機器人醫療器械注冊許可證,成為國際上唯一能夠開展創傷骨科、脊柱外科手術的骨科機器人系統。
  2018年6月26日,大艾公司旗下的外骨骼機器人獲得CFDA注冊證,成為中國首個通過CFDA認證的下肢外骨骼機器人,是實行第二類創新醫療器械“綠色通道”審評審批政策後全國第一個二類創新醫療器械。
  随着科技成果轉化制度的完善與健全,各科研院所相繼出台了轉化細則,讓基礎研究成果得以轉化為産品,有渠道擁抱市場。擁有科研院所“血脈”的創新引領者們逐步走向市場。

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