机器人学是一门具有前瞻性的学科,旨在帮助人类克服一些重大挑战。然而,在医疗机器人领域,清楚地了解研究界最近取得的成就,以及这些工作在临床需求和商业化方面的地位,对于规划未来发展路径十分重要。
近日,哈佛医学院通过一篇综述文章分析了过去十年医疗机器人领域的八个关键研究主题,通过搜索标准确定了十年中被引用最多的论文,目的是为读者提供一种便捷的方式,可以快速认知过去十年来,科学家在医疗机器人领域取得的一些最激动人心的进展,该综述文章已发表在《科学机器人》期刊上。
早在30多年前,第一批机器人学家就开始探索使用机器人进行外科手术。20年前,第一批商业机器人系统安装在医院。
在过去十年内,医疗机器人发展势头强劲,目前世界各地的大型医院都安装了机器人手术系统,并进行了数百万次手术。随着医疗系统对手术机器人的接受程度越来越明显,机器人学研究者越来越关注下一代医疗机器人的形态,注意力不限于外科机器人,也包括执行身体康复的机器人、用于患者与非现场医护人员互动的临场感机器人、药房自动化、用于诊所消毒的机器人等等。
研究人员通过搜索2010-2020年期间《科学》杂志上被引用最多的医疗机器人论文,确定了八个热门研究主题,包括机器人腹腔镜、用于微创手术的非腹腔镜机器人、辅助穿戴式机器人、治疗康复机器人、胶囊机器人、磁驱动、软体机器人和连续体机器人等。
数据显示,工程和医学期刊上关于医疗机器人的出版物数量呈指数级增长,从1990年的6篇增至2020年的3500多篇。医学期刊论文主要是关于腹腔镜机器人的出版物(占总数的60%至70%),伴随着达芬奇外科手术机器人系统的成功,2020年发表的相关论文超过1300篇。
腹腔镜机器人技术可能是医疗机器人技术中最成熟、商业上最成功的子领域。在过去十年中,在临床、商业和学术方面取得了进展。越来越多的研究是在临床上进行的,例如,关于根治性前列腺切除术、膀胱癌根治性膀胱切除术、直肠癌切除术和子宫切除术的研究。
在商业上,过去十年见证了达芬奇机器人的不断进化发展,该系统能够在机械臂上安装内窥镜和腹腔镜器械、半自动手臂和患者推车定位,以及改进器械耦合,使用增长迅速,根据其年度报告,2019年完成了120多万个手术程序。
此外,非腹腔镜手术的特定机器人受达芬奇腹腔镜手术机器人的成功启发,外科医生和工程师也在探索非腹腔镜手术的新机器人解决方案。重点领域包括腔内和自然孔口干预以及显微外科机器人。
辅助可穿戴机器人技术专注于可穿戴机器人设备的设计和控制,旨在提高肌肉骨骼或神经肌肉损伤患者的移动性或功能性。治疗康复机器人旨在为神经损伤后的肢体提供重复运动治疗,从而恢复个体的能力。
胶囊机器人在新千年伊始推出,作为检查胃肠道的一种微创方法。医用胶囊机器人现在是标准介入内镜的临床可行替代品。医学磁驱动领域的一个重要突破是多自由度电磁导航系统建模。
医学软机器人技术与仿生学和生物灵感学紧密结合,基于软概念、内在柔顺结构和智能材料的机器人技术逐渐成熟。连续体机器人通过弯曲变形而不是通过离散关节改变形状,能够通过自然孔口进入身体,在体腔中导航。
尽管该领域还不能指出临床试验表明机器人手术为患者提供了更好的手术结果,但已经证明了许多患者的益处,包括缩短住院时间、加快康复、减少再手术和减少输血。为了推动这一进程,将未来的工程研究工作引导到最有希望的方向将是有益的。