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IIGF时评 | 我国医疗机器人的发展现状和治理思维

发布时间:2022-11-17作者:

2022年11月7日,国家卫生健康委、国家中医药局和国家疾控局联合印发的《“十四五”全民健康信息化规划》(国卫规划发〔2022〕30号)明确提出“推进数字健康融合创新发展体系。加快数字健康发展和新型基础设施建设,规范促进新一代信息技术在卫生健康领域深度应用,进一步优化要素配置和服务供给,补齐发展短板,提升服务效率,推动健康产业转型升级。”随着社会发展和经济不断进步,人们对高水平医疗健康的需求也在不断增加,安全、精准、微创、高效的医疗服务成为人们追求的目标。这样的社会需求推动着以医疗机器人为代表的现代化智能医疗快速发展。医疗机器人主要包括手术机器人、辅助康复机器人、诊断机器人、医院服务机器人的等。目前,医疗机器人的伦理与法律问题日益成为重要的学术课题和现实问题。

一、我国医疗机器人发展的社会背景

医疗机器人是涉及人类生命健康的特殊领域,已经被多个国家列为战略新兴产业。在美国机器人发展路线图中,医疗健康机器人被列为重点发展的5大类机器人领域之一,同时指出机器人系统将会应用于医疗健康所涉及的多个层面(从手术室到家居、从年轻人到老年人、从体弱/体残者到体健者、从常规手术到脱离人干涉的康复训练),以应对精准/微创手术、功能补偿与康复、老年服务等对医疗健康的新需求。欧洲机器人发展规划布局中明确指出,医疗机器人为医疗体系带来的变革堪比几十年前机器人技术对工业领域带来的影响,医疗康复机器人是应对人口老龄化、医疗资源需求增长的必然发展方向,医疗机器人产业将成为新世纪拉动国民经济增长的重要引擎。

手术机器人可以极大提高手术精准度、减少手术创伤和副作用,有利于术后恢复、降低患者手术成本。同时,可以使医疗资源不发达的偏远地区也能享受到更先进的医疗水平,提高全社会的医疗水平。根据世界卫生组织的统计数据,世界上大约有10%的人口身体存在不同残疾,而且世界上许多国家已进入老龄化社会,人口老龄化带来的社会服务问题(医疗、康复与护理)对经济和社会发展产生了巨大的压力。随着残疾人口和老年人口不断增加,依靠科技创新来保障和改善其健康已经成为当前许多国家的战略需求。研究和开发先进的医疗机器人,实现功能障碍或缺失患者功能补偿与功能重建,对推动老年健康服务与助残公益事业发展具有十分重要的社会意义。而就全世界的医疗服务水平来看,目前提供健康服务的医疗机构、设施和义务人员相对较少,特别是优质的医疗服务资源更加有限。许多大型综合医院医务工作者每天都要面对众多需要医疗服务的患者,工作量相当繁重,因而,将诊疗机器人、医院服务机器人应用到医疗事业可以有效缓解我国乃至世界医务人员紧张的局面。

我国也陆续出台了相关的医疗机器人发展政策。2012年科技部发布《服务机器人科技发展“十二五”专项规划》,将医疗康复机器人列为发展目标包含,同时还列出一些热门产品主要有:微创外科手术机器人、血管介入机器人、肢体康复机器人、人工耳蜗、智能假肢等;2015年国务院印发《中国制造2025》,大力推动重点领域突破发展,在机器人领域围绕汽车、机械、电子、危险品制造、国防军工、化工、轻工等工业机器人、特种机器人,以及医疗健康、家庭服务、教育娱乐等服务机器人应用需求;2016年国务院办公厅关于印发《国家标准化体系建设发展规划(2016-2020年)》,其中重点领域有开展生物医学工程、新型医用材料、高性能医疗仪器设备、医用机器人、家用健康监护诊疗器械、先进生命支持设备以及中医特色诊疗设备等;2016年国务院办公厅印发《关于促进医药产业健康发展的指导意见》加快医疗器械转型升级重点开发医用机器人、健康监测、远程医疗等高性能诊疗设备。

2021年12月21日,工信部、国家发改委等15个部门正式印发《“十四五”机器人产业发展规划》(工信部联规〔2021〕206号)提出,到2025年我国成为全球机器人技术创新策源地、高端制造集聚地和集成应用新高地。“十四五”期间,将推动一批机器人核心技术和高端产品取得突破,整机综合指标达到国际先进水平,关键零部件性能和可靠性达到国际同类产品水平;机器人产业营业收入年均增速超过20%;形成一批具有国际竞争力的领军企业及一大批创新能力强、成长性好的专精特新“小巨人”企业,建成3-5个有国际影响力的产业集群;制造业机器人密度实现翻番。

二、我国医疗机器人的发展现状

经过几十年的快速发展,医疗机器人已经在神经外科、腹腔外科、胸外科、骨外科、血管介入、颅面外科的手术中和康复、诊疗、医院服务中得到了广泛的应用。据分析,2013年医疗机器人全球市场总值为27亿美元,2014年为33亿美元,到2019年增加将为46亿美元,从2014年到2019年的五年年复合增长率将达到7%,而同期亚太地区的五年年增长率则为13.4%[1]。因此,当前医疗机器人的发展面临着巨大的市场机遇。

(一)手术机器人

相对于传统的开放性手术,微创手术机器人的应用能够降低手术的危险程度,具有手术创伤小、痛感轻、术中出血量少和术后恢复快等优点,在外科手术领域得到了广泛的认可并越来越深受医务人员和患者青睐。[2-4]1987年法国里昂Mouret医生在一位妇女身上成功完成了世界上第一例腹腔镜胆囊切除术,此后,微创手术技术进入一个飞速发展时期。目前,已经成功研制了多种医疗手术机器人,其中“达芬奇”外科手术机器人系统是目前应用最广泛的医疗手术机器人,已在泌尿科、妇科、心脏手术、腹腔手术等微创手术中获得巨大成功。截至2012年底,已有2132台“达芬奇”手术机器人系统在世界各地的医疗机构中应用。“达芬奇”外科手术机器人系统是2001年美国Intuitive Surgical公司研制出的新一代微创外科机器人系统,并获得美国食品及药物管理局(FDA)认证,该系统由医生主控平台、手术机械臂及图像处理设备3部分组成如图1。

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图1 达芬奇手术机器人

虽然我国手术机器人起步较晚,也已经取得一定成绩,2010年,由天津大学、南开大学与天津医科大学总医院联合研制了“妙手A”腹腔微创手术机器人,采用主从控制方式,具有反馈功能,可以实现手术空间内的立体视觉;2013年哈尔滨工业大学、南开大学与中国人民解放军总医院联合研制了一台腹腔镜外科手术机器人系统。该系统由医生控制台、手术辅助系统及手术执行机构组成,该套手术机器人系统能够满足组织抓取、缝合及打结等手术操作要求,具备良好的操作性和较大的操作空间,其高端内窥镜可将操作空间图像放大10倍以上,极大地提高了手术的精准、安全和方便程度;上海交通大学、哈尔滨工业大学研究的单孔微创手术机器人在具备不动点运动机构的基础上,将末端手术微器械与内窥镜进行一体化设计,可利用人体自然通道或者缩小外创的伤口,减少手术对人体的伤害,不过这套系统距离实际应用还有待进一步的研究和验证。

(二) 康复机器人

功能康复与辅助机器人在国际上已经逐步成为临床康复治疗的重要技术手段之一,随着机器人技术的不断发展,康复机器人技术也已经逐渐应用到肢体活动受限患者的康复治疗中,主要有康复机器人、假肢、外骨骼等康复机器人系统。诸多临床试验表明,康复机器人能一定程度上帮助长期瘫痪的中风患者恢复自身主动控制肢体的能力。患者可在康复机器人的帮助下,按照科学的运动学习方法对患者进行再教育以达到训练患者经系统恢复其运动功能。瑞士医疗器械公司与瑞士苏黎世大学合作推出的LOKOMAT系统是第一台通过外骨骼式下肢步态矫正驱动装置辅助,可对有步态障碍的神经科病人进行步态训练。

辅助外骨骼机器人是一种可穿戴的人机一体化机械装置,它将人和机器人整合在一起,利用人来指挥、控制机器人,通过机器人来实现辅助患者正常站立行走功能。外骨骼机器人的应用使得丧失行走能力或有行走障碍的患者能重新正常站立、行走,这极大地改善了患者身体机能。日本筑波大学Cybernics实验室研制了系列穿戴型助力机器人系统HAL,可帮助老年人和下肢残障者完成正常步行运动。以色列埃尔格医学技术公司研究了一套下肢助动外骨骼ReWalk,它由电动腿部支架、身体感应器和一个背包组成,并需要一副拐杖帮助维持身体平衡,它可帮助下身麻痹患者站立、行走和爬楼。虽然这些肢体功能康复机器人系统在临床应用中取得了一定的效果,但存在操作复杂、价格昂贵、缺乏主动康复功能等问题,因此,这些康复机器人在我国的临床康复中应用比较少。我国一些科研机构与大学也相继开展了肢体康复机器人的研发,取得了一些技术上的突破但是距离实际应用而且还能产生良好的效果还有一段距离。

(三)诊疗机器人

目前我国医务人员十分紧缺,而且面临着繁重的工作压力,各地区医务人员的水平参差不齐,患者经常不能及时得到有效的诊断和治疗,加剧了医患关系紧张。因此,开发各种可以减轻医务人员负担提高疾病诊断准确率的机器人显得尤为必要。例如,胶囊机器人作为一种能进入人体胃肠道进行医学探查和治疗的微型工具,能够协助医务人员进行疾病诊断。美国HQ公司的CoreTemp是最早通过美国食品药品监督管理局认证的胶囊机器人,可以进行体温的实时监测和记录。以色列GivenImaging公司的PillCam系统在2001年通过美国食品药品监督管理局认证,其最新系统能以14帧/秒的速度发送高清彩色图像,是目前使用最为广泛的胶囊机器人。中国翰光电技术公司的Navi Cam于2013年获得国家药监局颁发的医疗器械注册证,采用磁场技术可以实现机器人的巡航和定位。

中医是我国医学文化的瑰宝,而且在世界范围内得到越来越多的重视。因此,将传统的中医和现代化的智能技术相结合在发扬我国中医的过程中也能推动我国乃至世界医疗水平的提高。上海中医药大学和复旦大学联合开发了中医人工智能机器人,不仅将原本依赖于医生主观判断的中医面诊、舌诊和脉诊技术精准化,还利用深度学习技术来分析名中医积累的经验信息,使中医宝库在高科技时代更好地传承。中医智能机器人专注于中医的“望、闻、问、切”,具有鲜明的中国特色,其主要功能为面诊、舌诊、问诊及脉诊。首先通过机器人的视觉采集人体的面像和舌像,通过机器手或手环采集人体的脉搏,利用先进的计算机视觉、机器学习、人工智能和深度学习算法,智能判读人体的面像、舌像和脉搏数据,再结合问诊信息,最后通过中医医理模型推断人体的整体健康体质类型,并根据具体情况提供个性化的康复建议,包括保健原则、饮食药膳、起居养生、穴位按压、中医功法和音乐疗法等。[8]

(四)医院服务机器人

医院服务机器人主要也是为了减轻医务人员的负担,能够替代医务人员完成一些简单、重复或者体力劳动的机器人,主要包括医院话务员机器人,运输搬运机器人,药房机器人等[9-10]。日前,英国国家医疗服务体系(NHS)正在测试一款医疗聊天机器人软件,希望以此来取代现有的非紧急热线。据悉,这款软件由英国初创公司Babylon开发,它将通过问答的方式了解病人病情然后给出相应的建议--究竟是去就医,还是让它自行恢复。

2013年美国的iRobot公司和InTouch公司合作开发的RP-VITA远程医疗机器人通过了美国食品药品监督管理局认证。RP-VITA具有自主导航功能,能根据远程指令自主运动、避障、进出电梯等。到目前为止已有很多商用化的物品运输机器人在医院使用,主要利用激光测距仪实现避障,用无线通信的方式乘坐电梯,用于输送血液、药品、手术耗材工具,完成食物、药品、医疗器械、杂志的传送和投递工作。如美国运输协会研制的“Help Mate”机器人,可以24小时在医院完成运送食物和药品的工作,与工厂使用的自动运输车不同的是,这种机器人不是沿着特定的轨道行走,而是基于传感器和运动规划算法实现自主行走,适用于结构化环境,系统也能处理传感器噪声、误差和定位错误,发现并避开障碍物。据报道,当前,许多医院都设置了药房抓药服务机器人,例如,在重庆的渝北区人民医院,把中医处方递给药房的工作人员后,只用1分钟就取到了药。工作人员将处方上的药物名称、重量等信息输入电脑之后,药柜上相应药瓶立即亮灯提示,工作人员将药瓶拔下,用机器人的扫码枪扫描瓶底二维码后把瓶子插入机器人上的插槽,摁下按钮,药粉就会按指定剂量“钻进”药袋。医院表示一台机器人可以减少三个人的工作量。

三、我国医疗机器人的治理思维

医疗机器人是今后智能医疗的发展方向,若要实现医疗机器人的全面应用我们必须在技术上保证医疗机器人的安全性,解决医疗机器人目前的关键技术难题。为此,提出如下我国医疗机器人的治理思维:

一是加大对医疗机器人的财税金融支持。优化医疗机器人技术装备保险补偿机制试点工作,发挥政府采购作用,促进医疗机器人创新产品应用。落实好研发医疗机器人费用加计扣除等税收政策。推动各类医疗机器人产业基金投入,支持符合条件的医疗机器人企业上市。鼓励产融合作试点城市加大对医疗机器人企业的投入,引导金融机构创新服务模式。

二是提高医疗机器人的产业创新能力。加强核心技术攻关,突破机器人系统开发、操作系统等共性技术,研发仿生感知与认知、生机电融合等前沿技术,推进人工智能、5G、大数据、云计算等新技术与机器人技术的融合应用。面向家庭服务、公共服务、医疗健康、养老助残、特殊环境作业等领域需求,集聚优势资源,重点推进工业机器人、服务机器人、特种机器人重点产品的研制及应用。

三是优化医疗机器人的产业组织结构。培育壮大医疗机器人优质企业,推动企业成长为具有生态主导力和核心竞争力的领航企业,打造一批专精特“小巨人”企业和单项冠军企业。推进强链、固链、稳链,支持医疗机器人产业链上中下游协同创新,打造优势特色集群,推动合理区域布局,培育创新能力强、产业环境好的优势集群,支持集群聚焦细分领域塑造特色集群品牌。

四是健全医疗机器人的人才保障体系支持高校和科研院所培养医疗机器人的专业技术和复合型高端人才。推进新工科建设,鼓励校企联合开展产学合作协同育人项目,共建现代医疗机器人产业学院,推行订单培养、现代学徒制等模式,培养产业发展急需人才。实施医疗机器人职业技能提升行动,支持开展企业职工技能提升和转岗转业培训。

参考文献

[1]倪自强,王田苗,刘达等.医疗机器人技术发展综述[J].机械工程学报,2015,(13):45-52.

[2]王国彪,彭芳瑜,王树新等.微创手术机器人研究进展——"微创手术机器人及器械基础理论与关键技术"双清论坛综述[J].中国科学基金,2009,23(4):209-214.

[3]宋国立,韩建达,赵忆文. 骨科手术机器人及其导航技术[J]. 科学通报,2013,58(S2):8-19.

[4]王伟,王伟东,闫志远,杜志江,何史林,陈广飞,周丹. 腹腔镜外科手术机器人发展概况综述[J]. 中国医疗设备,2014,29(08).

[5]李光林,郑悦,吴新宇,胡颖,方鹏,熊璟,夏泽洋,王灿. 医疗康复机器人研究进展及趋势[J]. 中国科学院院刊,2015,30(06):793-802.

[6]李妍姝. 下肢康复机器人及其交互控制方法[J/OL].科技创新报,2015,12(32):112-113.

[7]胡进,侯增广,陈翼雄,张峰,王卫群. 下肢康复机器人及其交互控制方法[J]. 自动化学报,2014,40(11):2377-2390.

[8]赵大旭. 介入诊疗机器人多体系统建模分析与实现[D].南京航空航天大学,2010.

[9]胡洋洋,张文强. 医疗服务机器人现状与展望[J]. 中国发展观察,2016,(14):52-53.

[10]苏尚任. 机器人的发展现状及前景展望[J]. 科技创新导报,2016,13(25):51-52.

(本文刊载于中国经济出版社2021年7月出版的《第四届科协发展理论研讨会论文集(2020)》第205页,刊载时作了修改完善。)

(近期健康金融研究成果将调整为每月的单周的周四刊出,敬请关注和支持。)

作者

任国征中央财经大学绿色金融国际研究院研究员,健康金融实验室(资源库)主任,课题组组长

王 磊中央财经大学绿色金融国际研究院科研助理,健康金融实验室(筹)助理,北京理工大学高精尖人工智能(机器人)实验室博士生