自从人类先祖的双手第一次握住粗糙的石器,荒野猛兽,见之如神,鸿蒙初辟的天地间时代分野初现,深邃的时间隧道里,人类与工具的故事由光点化光线,彼端遥指远方。黄帝驱车,日行百里;商人造犁,仓廪丰盈,工具的演变历程贯穿了人类发展的历史,也必将触及人类的未来,历经蒸汽时代、电气时代、信息时代,时至今日随着智能化技术发展,各行各业都在悄然发生变化,一个以机器人为实际依托的智能时代已呼之欲出。
2022年8月18日,由北京市人民政府、工业和信息化部、中国科学技术协会主办,中国电子学会、北京市经济和信息化局、北京经济技术开发区管委会承办的世界机器人大会在北京亦创国际会展中心举办,品类繁多的机器人在现场亮相,其实际用途关乎生活的各方各面,其中与人类生命健康相关的各类医疗类机器人成为了此次大会的焦点。
同济大学电子与信息工程学院齐鹏教授受邀参与此次2022世界机器人大会“医疗机器人医工交叉前沿科技论坛”并发表演讲,齐鹏教授表示:“医疗机器人技术是医学与工程技术发展相结合的产物,其研究是一个涉及机械设计、材料工程、计算机技术、人体工学、自动控制等跨学科的大工程,并且在正式面向市场前还需要大量的动物实验、临床测试和严格的认证。
在医疗机器人的研究方面,美国引领发展,欧洲紧随其后,我国成为后起之秀,在很多关键技术上呈现出另辟蹊径的特色,与此同时,大量的临床需求吸引了国外的医疗机器人公司纷纷重点关注中国市场。
以介入手术机器人为例,当前,我国高校和研究机构所进行的研究主要针对整体系统中的核心关键技术进行攻关,比如,导管的推进机构设计、针对导管的力反馈技术、多灵活度导管的开发以及基于传感器位置反馈或者图像信息进行的导管末端位置控制等方面的研究。哈尔滨工业大学付宜利教授和苏州大学孙立宁教授团队早起即开发了整套实验研究系统,包括导管的创新设计、输送机构、电磁定位以及图像导航技术;项目对整体系统进行了较早的探索性研究,但并未进入临床实验阶段。北京航空航天大学王田苗教授团队在血管介入手术机器人的机构设计方面成果显著;北京理工大学段星光教授团队针对血管控制系统进行深入研究;中科院自动化研究所侯增广研究员团队对血管介入手术的导管和导丝操纵装置进行了开发;上海交通大学谢叻教授团队对集成了导管力反馈技术的推送装置进行了研究,等等。此外,国内其他高校也有相关研究与成果发布,根据调研情况,笔者认为各单位研究方向略有重叠,主要是针对主从式操作设备进行开发,实验阶段与临床结合度低,临床应用推进缓慢,处于从研发到产业化过度的瓶颈期。
在国外,当前心血管介入手术机器人的主要研究包括:哈佛大学Robert D. Howe教授团队针对内超声导管进行了主从式操作机构的设计,开发出类似前面提到的Amigo系统的操作装置,同时模拟跳动心脏的真实情况,对其中的导管进行控制研究。哈佛大学医学院Nobuhiko Hata教授的相关研究则面向手术导航方面,同时其研究也涉及基于核磁共振图像的运动补偿。斯坦福大学J. Kenneth Salisbury教授团队和David Camarillo教授团队联合前Hansen Medical公司,对多自由度的EP导管的基本数学模型和控制算法进行了研究,并基于其团队机械设计背景,优化并改进了导管的绳驱动硬件系统。英国帝国理工学院Guangzhong Yang教授团队与比利时鲁汶大学Emmanuel Vander Poorten教授通过欧盟第七研究框架下CASCADE项目对血管复杂环境下的智能导航导管系统进行了研究,其研究特点在于利用超声导管对血管内环境进行认知与导管本体的自主操作。前伦敦国王学院Kaspar Althoefer教授和Razavi医生的联合团队主要面向多自由度导管结构的研究、液压驱动和触觉反馈系统的开发,以及自主导航和控制系统的研究,其创新点在于设计的新型导管与驱动系统是核磁共振兼容的,手术则是通过核磁共振图像替代X射线图像。除上述研究团队以外,还有很多研究机构和团队针对类似的导管机器人或者连续体机器人(continuum robots)进行研究,其在理论、设计、传感、控制等方面具有相似性。
当前全球专业服务机器人市场规模增长迅速,据 2021 年 11 月 4 日国际机器人联合会 IFR 发布的《世界机器人 2021 报告》(World Robotics 2021,以下简称“报告”)统计显示,2020 年专业服务机器人营业额增长了 12%,达到 67 亿美元。其中,医疗机器人销售占专业服务机器人总营业额的 55%,达到了 36 亿美元。在手术机器人的三大细分赛道,骨科和腹腔镜领域格局初定,而血管介入机器人领域还未见分明,全球有数百亿市场待国内外企业开拓,介入治疗是利用现代高科技手段进行的微创性治疗,在医学影像设备的引导下,将特制的导管,导丝等精密器械,引入人体,对体内病态进行诊断和局部治疗,可以说介入手术机器人与这种新兴的高科技治疗手段处于共同发展的状态。”
值得一提的是,在介入手术机器人领域,我国的血管介入手术机器人产研进程已在世界范围内领跑,发展势头迅猛,前景良好,已基本处于国际领先地位,这得益于国家政策扶持和各企业的创新精神与科研投入。
当前国际科研领域竞争激烈,国产自主研发的重要性日益凸显,在此次机器人大会上亮相的ETcath血管介入手术机器人正是唯迈医疗完全自主研发打造的国产设备。
2021年10月8日,该血管介入手术机器人已在安贞医院由周玉杰教授团队完成国产自主研发血管介入机器人首例经皮冠状动脉介入治疗手术(PCI)。ETcath血管介入手术机器人作为第一台支持多类型导管的国产自主研发血管介入手术机器人,其在此次手术中完成了国产自主研发血管介入手术机器人的第一次临床冠脉支架植入和第一次临床球囊扩张,意义重大。
负责手术的周玉杰教授表示:“采用ETcath辅助手术,不仅可以让手术更精准,减少患者并发症,同时也能最大程度避免了X射线辐射伤害,整个手术过程中导丝操控、球囊传递、支架送入以及IVUS导管推送均由ETcath血管介入机器人完成”。
唯迈医疗ETcath介入手术机器人已取得国际国内百余项专利,占据了血管介入机器人的技术高地,奠定了其在世界范围内机器人行业的领先地位。唯迈医疗在国际机器人领域首创发明专利数全球领先,显然已成为国际血管介入手术机器人领域重要的中国力量。
机器人的发展即为智能时代的发展,医学的未来即为生命的未来,人类与工具的故事如何发展,智械与医疗的前路通往何方,还需看人类怎样耕耘,再等待时间给出答案。
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