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向日葵官方下载网站观点——医工结合,智造领路 - 医疗领域机器人的“台前”与“幕后”
2019-11-22

             提到机器人,大家脑海中浮现出的第一印象可能都是那些长得似人非人,有着钢筋铁骨的呆萌机器。但与大家的直观感受有所不同,其实“机器人”这一概念的定义非常宽泛,凡是能自主执行任务,用来协助人类工作的人造装置,都能算做是机器人。

                                                                                     

        最近几年,我们对机器人的发展给予了高度重视:2015年,我们提出了“中国制造2025”的规划,赋予机器人的发展以重要位置。2016年,我们又提出了“机器人产业发展规划”,提出“到2020年,机器人是高端制造业发展的重要支撑,是改善人类生活的重要切入点,也是我国创新发展的关键标志。” 

      事实上,上述规划并不超前,机器人已经融入到人类生产生活的方方面面。其中,最直观、最震撼的是机器人在医疗行业的应用

                                                                                                      “达芬奇的神话”

                      达芬奇外科手术系统是一种高级机器人平台,其设计的理念是通过使用微创的方法实施复杂的外科手术。它由三部分组成:成像系统、机械臂系统和操作台。

 

在医疗人的眼里,“达芬奇”是一个“业界神话”。达芬奇机器人的机械臂可完全模仿人手腕动作,并具有人手无法比拟的稳定性和精确度;它的活动范围甚至远大于人手,在狭窄解剖区域可360度自如运动,比人手更灵活

 

达芬奇有多精准呢?早在2015年,有一段视频特别火:达芬奇手术机器人先是用自己的机械手撕开了一颗葡萄的皮,然后又精准完好地将葡萄皮缝合。

 

使用达芬奇机器人进行手术,医生不触碰患者,而是坐在控制台前,操纵机器做手术。手术机器人的优势是比人工更为精细化,切口更精准,而且创伤更小,病人恢复得更快。

 

举一个具体的例子,对于胰头肿瘤切除手术,如果用传统方法,需要开腹,从胸骨一直切到耻骨,然后把患者的大肠都拿出来又全部放回去,手术的修复时间要几个月;而如果用达芬奇手术机器人,则可以只切开十几厘米的切口,在手术完成之后仅几天就能出院,几周便恢复完全。

 

                                                                                                                                                         机器人一步步走进医院

医疗机器人最早是出现在手术台上。1985年,美国洛杉矶医院的一个手术室里,世界上第一台手术机器人Puma560参与了神经外科脑部活检手术。当时,它成功辅助医生进行脑组织活检中探针的导向定位。

事实上,Puma560并不是医用的机器人,它其实是一台关节式的臂式工业机器人。这是工业机器人的一次“跨界”

 

 

 

19世纪80年代,正是第一代工业机器人出现20余年、技术逐渐成熟的时期,也是第二代工业机器人技术出现的时间点。

手术机器人出现后的第三年,康复机器人也开始进入人们的视野。它的源起,也来自于上面提到的工业机器人技术的爆发。康复机器人应用的更多的是第二代机器人技术(自适应机器人)。康复机器人的功能是让行动障碍者重新“站”起来,主要服务于残疾人士、中风病患者和因运动受伤的人士。世界上第一台商业化的康复机器人,是瑞士Hocoma在1999年推出的。

 

进入21世纪,科技发展不断提速,机器人也开始逐渐“占领”整个医院

 

门诊部,导航机器人为患者提供预约挂号、问询服务、智能导诊、路径指引、报告查询等多种功能,为医院分摊导诊工作。

配药室,也有机器人自动完成药液体配置,让医护人员免于与药剂发生接触,避免药液污染和人员受伤。

检查室,让多数人“闻风丧胆”的胃镜检查,现在患者只需吞下一粒胶囊,在胃里变成“机器人”进行螺旋式扫描,将图像实时传输至医生电脑,便可快速完成。

 

 

 
 
                                                                                                                         医疗幕后的工业机器人

医疗机器人是工业机器人的一次美丽跨界,让更多人享受到了机器人技术给生活带来的改变。

但很多人不知道,除了显露在“台前”,走进医院,和患者直接接触的医疗机器人;还有更多的工业机器人,隐藏在“幕后”,坐镇工厂,致力于提升医疗器械的品质和性能

以注射器为例,作为一种常见的医疗用具,主要用于注射药液或抽液,相信所有人都不会对它感到陌生。

 

在人类医疗史上,没有注射器的岁月,治疗只能通过口服。但口服药物除了需要排除食物的干扰,还得等药物穿过肠胃上皮细胞,经过肝脏处理以后才能进入血液。与之对比,作为能直接将药物送进身体的器械,注射器的发明具有非凡的历史意义

 

 

注射器的生产流程并不复杂,但注射器属于第三类医疗器械(最高安全等级),需要植入人体,具有潜在风险,对其安全性、有效性必须严格控制。

 

 

由上图可知,注射器的生产过程包括①各类配件的挤塑成型,②配件的组装及检测包装两部分。

其中,在各类配件的成型制造过程中,一般会涉及到塑料热融塑造、压力成型等工序,这些生产环节一般使用挤压机、注塑机等自动化设备进行生产,相关设备已经逐步标准化

在之后的组装、包装环节,需要不同维度的操作较多,对机械灵活度要求较高。因此,传统的注射器生产工艺在组装环节采用人工组装,导致长期以来我国注射器产品存在无菌化程度低且质量不稳定等缺点。 

随着监管的日益严格,外加注射器产品的不断革新,生产工艺逐渐复杂,使用人工组装不但效率低下,还容易导致交叉污染,越来越多的企业选择引入工业机器人,进行智造升级

相比于人工生产,采用工业机器人,将生产过程规范化和自动化,提高了产品品质,优化生产工艺,减少交叉污染。同时,磨刀不误砍柴工,新的生产线能提供更高的产能,也能支撑更高规格产品的生产

仅就常见的注射器而言,就可分为一次性无菌注射器、自毁式注射器、无菌胰岛素注射器、无菌自毁型固定剂量疫苗注射器、回缩性自毁式注射器等多种类别,很多企业还会在生产实践中根据市场需求创造出新的品种。新产品的研发和生产技术也越来越先进,涉及的标准和要求也越来越高,有的技术甚至涵盖声、光、电、机械、半导体、软件等多种学科。如果不能拥有强大的生产智造能力,很容易被激烈的竞争市场所淘汰。

 

 

 
 
 
                                                                                                                                                          结语:医工结合,智造领路

传统的医学建立在化学、生物等基础学科之上,但随着科技的不断进步,单纯医学专业知识对行业发展的推动力持续减弱。有业内专家指出,未来的医疗行业将伴随医学与工程科学的结合(即医工结合)而向前发展。

从上文也可以看出,小到注射器,大到手术设备,每一点进步,都有着工程科学(尤其是机器人)的身影可以说,人类医学、甚至是科学的发展史,就是由“智造”领路,在前进过程中发现一个障碍,解决一个障碍,最终得以飞跃的过程。

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