自從人類先祖的雙手第一次握住粗糙的石器,荒野猛獸,見之如神,鴻蒙初辟的天地間時代分野初現(xiàn),深邃的時間隧道里,人類與工具的故事由光點化光線,彼端遙指遠方。黃帝驅(qū)車,日行百里;商人造犁,倉廩豐盈,工具的演變歷程貫穿了人類發(fā)展的歷史,也必將觸及人類的未來,歷經(jīng)蒸汽時代、電氣時代、信息時代,時至今日隨著智能化技術(shù)發(fā)展,各行各業(yè)都在悄然發(fā)生變化,一個以機器人為實際依托的智能時代已呼之欲出。
2022年8月18日,由北京市人民政府、工業(yè)和信息化部、中國科學(xué)技術(shù)協(xié)會主辦,中國電子學(xué)會、北京市經(jīng)濟和信息化局、北京經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)管委會承辦的世界機器人大會在北京亦創(chuàng)國際會展中心舉辦,品類繁多的機器人在現(xiàn)場亮相,其實際用途關(guān)乎生活的各方各面,其中與人類生命健康相關(guān)的各類醫(yī)療類機器人成為了此次大會的焦點。
同濟大學(xué)電子與信息工程學(xué)院齊鵬教授受邀參與此次2022世界機器人大會“醫(yī)療機器人醫(yī)工交叉前沿科技論壇”并發(fā)表演講,齊鵬教授表示:“醫(yī)療機器人技術(shù)是醫(yī)學(xué)與工程技術(shù)發(fā)展相結(jié)合的產(chǎn)物,其研究是一個涉及機械設(shè)計、材料工程、計算機技術(shù)、人體工學(xué)、自動控制等跨學(xué)科的大工程,并且在正式面向市場前還需要大量的動物實驗、臨床測試和嚴(yán)格的認證。
在醫(yī)療機器人的研究方面,美國引領(lǐng)發(fā)展,歐洲緊隨其后,我國成為后起之秀,在很多關(guān)鍵技術(shù)上呈現(xiàn)出另辟蹊徑的特色,與此同時,大量的臨床需求吸引了國外的醫(yī)療機器人公司紛紛重點關(guān)注中國市場。
以介入手術(shù)機器人為例,當(dāng)前,我國高校和研究機構(gòu)所進行的研究主要針對整體系統(tǒng)中的核心關(guān)鍵技術(shù)進行攻關(guān),比如,導(dǎo)管的推進機構(gòu)設(shè)計、針對導(dǎo)管的力反饋技術(shù)、多靈活度導(dǎo)管的開發(fā)以及基于傳感器位置反饋或者圖像信息進行的導(dǎo)管末端位置控制等方面的研究。哈爾濱工業(yè)大學(xué)付宜利教授和蘇州大學(xué)孫立寧教授團隊早起即開發(fā)了整套實驗研究系統(tǒng),包括導(dǎo)管的創(chuàng)新設(shè)計、輸送機構(gòu)、電磁定位以及圖像導(dǎo)航技術(shù);項目對整體系統(tǒng)進行了較早的探索性研究,但并未進入臨床實驗階段。北京航空航天大學(xué)王田苗教授團隊在血管介入手術(shù)機器人的機構(gòu)設(shè)計方面成果顯著;北京理工大學(xué)段星光教授團隊針對血管控制系統(tǒng)進行深入研究;中科院自動化研究所侯增廣研究員團隊對血管介入手術(shù)的導(dǎo)管和導(dǎo)絲操縱裝置進行了開發(fā);上海交通大學(xué)謝叻教授團隊對集成了導(dǎo)管力反饋技術(shù)的推送裝置進行了研究,等等。此外,國內(nèi)其他高校也有相關(guān)研究與成果發(fā)布,根據(jù)調(diào)研情況,筆者認為各單位研究方向略有重疊,主要是針對主從式操作設(shè)備進行開發(fā),實驗階段與臨床結(jié)合度低,臨床應(yīng)用推進緩慢,處于從研發(fā)到產(chǎn)業(yè)化過度的瓶頸期。
在國外,當(dāng)前心血管介入手術(shù)機器人的主要研究包括:哈佛大學(xué)Robert D. Howe教授團隊針對內(nèi)超聲導(dǎo)管進行了主從式操作機構(gòu)的設(shè)計,開發(fā)出類似前面提到的Amigo系統(tǒng)的操作裝置,同時模擬跳動心臟的真實情況,對其中的導(dǎo)管進行控制研究。哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院Nobuhiko Hata教授的相關(guān)研究則面向手術(shù)導(dǎo)航方面,同時其研究也涉及基于核磁共振圖像的運動補償。斯坦福大學(xué)J. Kenneth Salisbury教授團隊和David Camarillo教授團隊聯(lián)合前Hansen Medical公司,對多自由度的EP導(dǎo)管的基本數(shù)學(xué)模型和控制算法進行了研究,并基于其團隊機械設(shè)計背景,優(yōu)化并改進了導(dǎo)管的繩驅(qū)動硬件系統(tǒng)。英國帝國理工學(xué)院Guangzhong Yang教授團隊與比利時魯汶大學(xué)Emmanuel Vander Poorten教授通過歐盟第七研究框架下CASCADE項目對血管復(fù)雜環(huán)境下的智能導(dǎo)航導(dǎo)管系統(tǒng)進行了研究,其研究特點在于利用超聲導(dǎo)管對血管內(nèi)環(huán)境進行認知與導(dǎo)管本體的自主操作。前倫敦國王學(xué)院Kaspar Althoefer教授和Razavi醫(yī)生的聯(lián)合團隊主要面向多自由度導(dǎo)管結(jié)構(gòu)的研究、液壓驅(qū)動和觸覺反饋系統(tǒng)的開發(fā),以及自主導(dǎo)航和控制系統(tǒng)的研究,其創(chuàng)新點在于設(shè)計的新型導(dǎo)管與驅(qū)動系統(tǒng)是核磁共振兼容的,手術(shù)則是通過核磁共振圖像替代X射線圖像。除上述研究團隊以外,還有很多研究機構(gòu)和團隊針對類似的導(dǎo)管機器人或者連續(xù)體機器人(continuum robots)進行研究,其在理論、設(shè)計、傳感、控制等方面具有相似性。
當(dāng)前全球?qū)I(yè)服務(wù)機器人市場規(guī)模增長迅速,據(jù) 2021 年 11 月 4 日國際機器人聯(lián)合會 IFR 發(fā)布的《世界機器人 2021 報告》(World Robotics 2021,以下簡稱“報告”)統(tǒng)計顯示,2020 年專業(yè)服務(wù)機器人營業(yè)額增長了 12%,達到 67 億美元。其中,醫(yī)療機器人銷售占專業(yè)服務(wù)機器人總營業(yè)額的 55%,達到了 36 億美元。在手術(shù)機器人的三大細分賽道,骨科和腹腔鏡領(lǐng)域格局初定,而血管介入機器人領(lǐng)域還未見分明,全球有數(shù)百億市場待國內(nèi)外企業(yè)開拓,介入治療是利用現(xiàn)代高科技手段進行的微創(chuàng)性治療,在醫(yī)學(xué)影像設(shè)備的引導(dǎo)下,將特制的導(dǎo)管,導(dǎo)絲等精密器械,引入人體,對體內(nèi)病態(tài)進行診斷和局部治療,可以說介入手術(shù)機器人與這種新興的高科技治療手段處于共同發(fā)展的狀態(tài)?!?br />
值得一提的是,在介入手術(shù)機器人領(lǐng)域,我國的血管介入手術(shù)機器人產(chǎn)研進程已在世界范圍內(nèi)領(lǐng)跑,發(fā)展勢頭迅猛,前景良好,已基本處于國際領(lǐng)先地位,這得益于國家政策扶持和各企業(yè)的創(chuàng)新精神與科研投入。
當(dāng)前國際科研領(lǐng)域競爭激烈,國產(chǎn)自主研發(fā)的重要性日益凸顯,在此次機器人大會上亮相的ETcath血管介入手術(shù)機器人正是唯邁醫(yī)療完全自主研發(fā)打造的國產(chǎn)設(shè)備。
2021年10月8日,該血管介入手術(shù)機器人已在安貞醫(yī)院由周玉杰教授團隊完成國產(chǎn)自主研發(fā)血管介入機器人首例經(jīng)皮冠狀動脈介入治療手術(shù)(PCI)。ETcath血管介入手術(shù)機器人作為第一臺支持多類型導(dǎo)管的國產(chǎn)自主研發(fā)血管介入手術(shù)機器人,其在此次手術(shù)中完成了國產(chǎn)自主研發(fā)血管介入手術(shù)機器人的第一次臨床冠脈支架植入和第一次臨床球囊擴張,意義重大。
負責(zé)手術(shù)的周玉杰教授表示:“采用ETcath輔助手術(shù),不僅可以讓手術(shù)更精準(zhǔn),減少患者并發(fā)癥,同時也能最大程度避免了X射線輻射傷害,整個手術(shù)過程中導(dǎo)絲操控、球囊傳遞、支架送入以及IVUS導(dǎo)管推送均由ETcath血管介入機器人完成”。
唯邁醫(yī)療ETcath介入手術(shù)機器人已取得國際國內(nèi)百余項專利,占據(jù)了血管介入機器人的技術(shù)高地,奠定了其在世界范圍內(nèi)機器人行業(yè)的領(lǐng)先地位。唯邁醫(yī)療在國際機器人領(lǐng)域首創(chuàng)發(fā)明專利數(shù)全球領(lǐng)先,顯然已成為國際血管介入手術(shù)機器人領(lǐng)域重要的中國力量。
機器人的發(fā)展即為智能時代的發(fā)展,醫(yī)學(xué)的未來即為生命的未來,人類與工具的故事如何發(fā)展,智械與醫(yī)療的前路通往何方,還需看人類怎樣耕耘,再等待時間給出答案。