5G加持、数据驱动，医疗机器人领域步入新阶段
2019年，医疗机器人领域百花盛开、硕果累累：在人工智能和新一代通信等技术的推动下，手术机器人继续成为医疗机器人领域的主要研发热点；康复及护理机器人领域则重点突破了多项人机自然交互相关技术；医疗机器人的安全性和标准化也取得了重要突破。
手术机器人
手术机器人是发展最早的医疗机器人类别之一，经过三十余年的发展，无论是在技术层面还是产品层面，都取得了显著进展。
2019年，手术机器人的应用领域进一步拓展。除了骨科、脑外科和腔镜外科以外，进一步出现了显微外科机器人、牙科机器人等；并出现了一些全新的医疗机器人应用学科，如冲击波治疗：北京积水潭医院冲击波治疗中心开展了广泛的导航引导机器人辅助冲击波治疗，显著提升了治疗的效果、效率和临床操作规范性。并且，国内外多种新型手术机器人产品获得了美国FDA、我国国家药监局或者欧盟CE的认证，开始正式进入临床。
虽然认证标准有所不同，但总的来说，如果医疗机器人想要进入临床，一定要保证具有足够的安全性和有效性。要保证这两点，对机器人的性能指标的要求很高。
现今已经应用的医疗机器人系统具备一些共通特性：
1.具有慢速、高精度、高可靠性的机器人动作；
2.具备充分的术中感知功能，能够提供位姿反馈、力触觉反馈、生理参数反馈、环境状态反馈等；
3.具有良好的“人-机-环”共融特性，从而实现安全有效的机器人辅助手术操作。
不过，相对于临床医生的期望，现如今的手术机器人能够实现的手术操作还比较简单，未来手术机器人会向“受限空间灵巧安全操作”的精密化、灵活化的方向进步。
北京航空航天大学生物与医学工程学院，北京市生物医学工程高精尖创新中心，副教授刘文勇教授指出，想要实现复杂操作，突破手术机器人研发难点，需要解决两方面问题：
临床接受度依然不高的问题。现有的手术机器人无论是在动作特点还是控制方式上，仍然具有鲜明的工程特色，医生操作难度大，学习曲线长。需要深入研究临床数据驱动下的机器人设计理论和方法：综合临床诊疗信息、医生经验积累、机器人手术过程信息等多维度数据，发展智能手术数据科学，形成对机器人关键部件开发、临床综合方案优化、机器人手术效果评估等各个阶段的数据支持和方法学支持。
技术体系化不完善的问题。在关键的基础理论、共性支撑技术与核心部件上，成熟度并不太高，国产核心零部件很难给解决方案提供有效的支持。因此需要进一步研发手术兼容性交互机构、手术路径自动规划、手术执行多维度安全监控、手术效果科学评估等细分方向，为临床提供更科学、更符合临床需求的包含机器人设备在内的临床综合解决方案。
机器人远程手术
在5G通信支持下，远程机器人手术再次成为关注点。得益于5G通讯技术的快速发展，远程机器人成功进行了多例临床或活体动物试验。
远程手术在具体实现形式上主要有远程遥指导（remote tele-mentoring）、远程遥监督（遥监控）（remote tele-supervision）和远程遥操作（remote tele-operation）三种形式。
远程遥指导并不涉及机器人系统。2019年2月27日，西班牙巴塞罗那医疗团队通过5G网络远程指导了一例肠道肿瘤切除手术，这是世界首例使用了 5G 通信的临床手术。此类手术验证了 5G通信在医疗应用中的实时性。
远程遥监督机器人手术是本地机器人手术操作“监督模式”的远程化。
刘文勇教授解释，本地机器人手术操作“监督模式”（supervisory control）指“手术规划+机器人自主运动”，医生在旁监督并可在紧急情况下终止机器人运动。这种模式可以充分发挥机器人的效能，骨科的天玑、神经外科的睿米等都属于这种类型。
在“远程遥监督”这种模式下，主刀医生可以远程规划出高质量的手术路径，传送给患者端的机器人，通过仿体仿真无误后，再由机器人对患者实施手术。借助5G通讯网络，主刀医生可以掌控整个机器人操作过程，并在关键环节进行介入。
遥监控模式在不降低医生对手术过程的控制程度的前提下，有效实现了机器人远程手术操作，非常适合手术路径引导下的机器人远程自主操作。2019年，北京积水潭医院就开创性地开展了“一站对多地”的5G远程脊柱机器人手术，在北京和烟台、嘉兴、天津、张家口、克拉玛依等城市之间验证了5G机器人手术的临床可行性。这种远程操作模式具有良好的实际可推广性。
远程遥操作即远程的“主从直接遥操作”模式，是本地机器人手术操作“遥手术模式”的远程化。这种模式更符合人们想象中的机器人远程手术场景。
遥手术模式（telesurgical control）是医生完全掌控的“主从操作”，无需手术规划，患者端机器人臂完全复现主刀医生在控制台上的操作动作。这种模式可以将医生从手术床旁解放出来，实现精细微创操作；达芬奇机器人就属于这一类。
在远程遥操作方面，2001年，位于纽约的主刀医生，通过宙斯机器人系统，为远在法国斯特拉斯堡市的患者实施了横跨大西洋的软组织切除手术。这就是著名的“林白手术”（Lindbergh operation）。
5G通讯基本上消除了时延对远程手术的影响，让主刀医生获得了近乎本地操作的实时感。2019年，国内外（国外主要是西班牙）先后成功开展了多例此类模式的活体动物试验。但医生的所有手术感知全部来自网络反馈，因此出于高度的安全性考虑，5G通信下的这种模式在2019年仍以动物实验为主。
如果要实现安全的异地连续主从操作，需要机器人系统：
在稳定高速通讯的前提下，具备抵抗网络恶意攻击的能力、通讯中断的即时恢复能力（通讯冗余）等，从而保障通讯数据的正确性；
具备足够的现场感知反馈能力，以确保主刀医生能够据此做出最合理的即时判断。
这两点是“主从直接遥操作”远程手术模式真正应用于临床必须突破的瓶颈。
康复及护理机器人
随着人口老龄化以及大健康事业的发展，康复及护理机器人的受关注度将持续提升。典型的康复及护理机器人包括上/下肢康复机器人、外骨骼辅具、智能假肢、护理床/椅、护理机器人、情感机器人等。
一方面，这类机器人大多不需要侵入人体（相对手术机器人而言），研发更灵活，人机接触方式更偏向柔性；另一方面，康复及护理模式多样，所需的康复及护理机器人功能也各不相同。无论是从产品需求角度，还是产业培育角度，康复及护理机器人都有着广阔的发展前景。
未来康复及护理机器人的的创新点有很多，包括：
更自然的“人-机-环”交互方式。在语音、姿态、脑/肌电信号等交互方式基础之上，将出现更多的基于人体生理信号和本体感知的交互机制、手段和器件；
“刚-柔-软”融合的仿生机构。借助三维打印、仿生材料、微机电等技术，创新更多的个性化、智能化的康复/护理机器人装置。
随着技术的不断发展，未来康复及护理机器人能够在包括残障患者的康复训练和功能代偿、老年人和婴幼儿的日常护理和情感照护、患者术后的康复及护理等多方面发挥自己的作用。
医疗机器人的标准化发展
2019年，医疗机器人的标准化建设取得重要突破。
2019年，北京积水潭医院牵头制定的骨科导航手术指南被“国际计算机辅助骨科手术学会”接受为国际指南，是我国在该领域的一个重要突破。
国际上，ISO/TC299（机器人标准化技术委员会）在7月份发布了两项有关医疗机器人的标准IEC 80601-2-77:2019和IEC 80601-2-78:2019，分别规定了手术机器人和康复机器人的基础安全性和基本性能的要求细则，对未来医疗机器人的发展提供了非常重要的参考基准。
2020医疗机器人发展方向
根据2019年的医疗机器人的发展成功，刘文勇教授总结了2020年医疗机器人发展和突破的方向。
未来将会出现更多的用于医学紧急救援的医疗机器人系统。在此次新冠肺炎疫情的背景下，防疫机器人受到了广泛关注。它们能够进入污染区域，代替医生进行高风险的、长期的医学救治服务，比如：医院导诊、污染区域消杀、患者的样本采集/转运/手术治疗等等。
在这次疫情期间，由钟南山院士团队与中科院沈阳自动化所研制的智能化咽拭子采样机器人，在首期20例患者的临床试验中实现了对受试者的有效采样且采样力度均匀，一次成功率达到了95%，有效避免了医务人员感染、提升样本采集的规范性、保证标本质量。
“临床数据驱动”将成为医疗机器人技术创新的重要原动力。医学大数据和人工智能技术将进一步深入医疗机器人从路径规划、动作执行到效果评估的各个阶段，从而提升医疗机器人系统的智能化程度和工作效能。
远程手术技术得到进一步推广。这首先归功于日渐完善的5G通讯网络，也得益于远程手术方案的持续变革和完善。
机器人辅助下的智能康复和虚拟康复理念将得到实践。新型交互机构、医学物联网、虚拟现实、人工智能、智能材料等多技术的融合，有望为康复临床提供多样化的机器人辅助康复治疗新手段。
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- 编辑：杨紫
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