医用机器人关键技术及应用情况介绍
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2023-07-14 09:09:23
中国信息通信研究院王子函 发展医用机器人是国家实现工业战略的重要一环，也是落实《“健康中国2030”规划纲要》的必然要求。2021年12月，工业和信息化部、市场监管总局、国家药监局等10部门联合印发的《“十四五”医疗装备产业发展规划》提出，攻关智能手术机器人、智能康复机器人、外骨骼机器人系统等智能化装备。近两年来，随着相关技术的进步，医用机器人产业发展步伐
中国信息通信研究院 王子函
发展医用机器人是国家实现工业战略的重要一环，也是落实《“健康中国2030”规划纲要》的必然要求。2021年12月，工业和信息化部、市场监管总局、国家药监局等10部门联合印发的《“十四五”医疗装备产业发展规划》提出，攻关智能手术机器人、智能康复机器人、外骨骼机器人系统等智能化装备。近两年来，随着相关技术的进步，医用机器人产业发展步伐加快，人工智能技术、人因工程学、空间定位技术、遥操作技术、虚拟现实/增强现实技术是目前医用机器人领域应用较广泛的技术。
人工智能技术
目前，人工智能以数据、算法、算力为三大核心。海量医疗数据、成熟的深度学习算法和GPU算力作为支撑，被广泛应用于医用机器人领域。
在诊疗机器人和包含影像诊断的医用机器人方向，医学影像领域是人工智能技术在医疗领域应用发展较快的方向之一。人工智能技术通过图像配准、图像融合、图像分割、三维医学图像可视化等手段进行多模影像处理。在手术机器人方向，人工智能技术主要应用于智能手术规划与机器人导航定位系统。在康复机器人方向，人工智能技术主要应用于多传感器数据融合、步态预测与步态规划、脑肌电采集与意图识别等。
人因工程学
人因设计是医用机器人安全有效性的重要组成部分，也是手术机器人和康复机器人技术审评中的重要考量要点。应基于医用机器人的预期用途、使用场景、核心功能，分析并控制产品使用风险。此外，还应结合用户和使用场景设计用户接口，不能脱离安全有效性孤立地进行人因设计。
用户接口是指用户与医疗器械人机交互的全部对象及方式，包括医疗器械的形状、尺寸、显示反馈、连接组装、操作控制、说明书与标签等。国家药监局医疗器械技术审评中心组织起草的《医疗器械人因设计技术审查指导原则（征求意见稿）》已完成公开征求意见。
空间定位技术
在手术过程中，病灶组织和手术器械的实际位置是手术导航系统的重要数据。空间定位技术可更新虚拟手术界面中器械的位置，辅助医生准确操作；也可作为机器人运动的位置反馈，形成高精度的位置闭环控制。
目前，市场上医用机器人的空间定位系统多采用光学定位与电磁定位两种方式。光学定位主要应用于骨科手术机器人、神经外科手术机器人与种植手术机器人，电磁定位主要应用于微创介入类手术机器人。对于医用机器人的定位导航系统，在注册申请的研究资料中需描述定位精度、定位距离等相关性能指标。
遥操作技术
遥操作是指操作者对主操控器进行控制，以完成对远端或特殊环境中机械结构的远距离操控，主要应用于手术机器人的操作控制。医生可通过主从遥操作控制多条多自由度的机械臂运动，使操作空间变大、灵活性得到提升。
此外，遥操作还可以用于远程医疗。随着5G时代的到来，现代通信技术具有的容量大、速率高、低延时特点，可以为远程手术提供强有力的技术支持。主从遥操作控制的手术机器人在医疗器械型式检验中，应按照相应标准，对主从控制设备精度和延迟时间进行试验验证。
虚拟现实/增强现实技术
虚拟现实（VR）与增强现实（AR）是康复机器人应用与发展中的一项重要技术。VR主导的康复训练模式具有安全、可反馈、可控特点，并展现出强大的交互性、想象性与沉浸性，通过提供有趣的交互功能，帮助患者完成枯燥单一的重复性康复训练，激励和提高患者训练主动性。
AR技术可以应用于手术机器人的规划与导航。在手术规划系统中，使用AR技术，将患者的关键信息注册到现有人体模型中，使医生可以直观地观察并设计手术路径。在手术导航系统中，借助AR技术，将术前拍摄的患者3D模型数据注册叠加到患者病灶区，可更加直观地观察病灶区组织结构等信息，避免医生在导航屏幕与病灶区之间的视野转换。伴随“元宇宙医学”概念的提出，VR、AR技术将进一步与医用机器人融合，促进医用机器人产品发展。
（摘自中国医药报）
