美国医疗与保健机器人技术路线图(上)

美国医疗与保健机器人技术路线图（上）计划，其中医疗保障机器人发展规划作为其重要的一部分。

了解美国医疗与保障机器人技术发展方向，有利于我国在相关领域的迅速发展。

如今，医疗机器人已经在包括前列腺手术及心脏手术等外科手术领域获得了巨大的成功。

同时，机器人还被用于外伤康复与智能义肢来帮助人们重获丧失的身体机能。

远程医疗与辅助机器人医疗技术的出现让为某些难以进入的特殊区域提供医疗保障成为可能，如缺乏专业人员的偏远地区、灾害区域以及战区。

社会辅助机器人正在向可负担的诊所和入户诊疗技术发展，它们在疾病预防、康复以及促进重新融入社会的认知以及身体体征监测、辅导以及激励实践中都发挥作用。

随着人口老龄化趋势越来越明显，机器人技术还朝着促进原居安老（例如在家里）、推迟老年痴呆症的发生，通过陪护缓解老年人孤独的方向上进一步发展。

此外，机器人传感以及活动建模方法可能在改善早期筛查、持续评估和个性化、有效的、可负担的干预及治疗中起到关键作用。

上述所有的机器人发展方向，都会在维持及提高劳动生产率、增加劳动力数量以及逐渐增加残疾人重返工作岗位等方面发挥作用。

今天，美国在特殊人群和老年人生活质量维持方面所需的机器人辅助手术与社会辅助机器人技术具有领先地位，但其他国家已经认识到此类技术的需求和前景，开始在相关领域迅速发展。

为了能全面评估机器人技术在医疗与保健领域的应用潜力，由外科手术机器人、修复、移植和康复机器人领域的专家及行业代表参与的研讨会于2012年下半年在美国召开。

所有的与会者都从专业角度出发，贡献了自己的意见与见解，并在许多共同利益和挑战上达成了共识，最终完成了路线图修订。

机器人系统在医学与健康领域的应用目前，机器人已经是制造业和其它重复劳动中的标准配置。

工业机器人最初针对的是既脏又枯燥并且危险的任务，而医疗和健康领域的机器人却是为完全不同的环境与工作设计的：比如外科手术室、康复中心以及家庭居室。

这些环境通常是非结构化的，并且机器人经常需要直接与人类用户进行动态交流。

机器人技术已经开始对医疗保健领域产生影响。

远程机器人系统，例如已经用于实施外科手术的达芬奇外科手术系统，能够缩短患者的恢复时间且能保证更加可靠的医疗程序执行结果。

机器人作为电脑集成式外科系统的一环，能够进行更加精确、更有针对性的医疗干预。

有一种猜测认为，手术与介入性放射学在计算机与机器人整合的过程中所完成的转型，将会如同几十年前自动化技术在制造业中所发生的革命性改革。

触觉式系统，作为机器人技术的一种，已被应用于医务人员的模拟培训。

类似MIT-Manus的机器人系统也成功地进行了物理与职业治疗。

康复机器人可以进行强度更大的治疗，以不断适应患者需要。

尤其是在辅助导致美国人永久残疾主要原因—中风的康复上，康复机器人的使用已被证明比传统方法更加有效。

机器人在疗养及康复领域上具有更大的潜力。

实验表明，机器人系统能提供治疗监督、指导和激励服务，减少甚至摆脱治疗师对人体健康的监督，无论患者是在医院还是在家中进行慢性病的长期治疗。

这类系统不仅能够对行动障碍进行治疗（如由中风、创伤性脑损伤及其它损伤引起的行动障碍），也能够作为社会与行为障碍的干预与治疗工具，包括自闭症类群、多动症以及其它目前相当普遍且数量不断上升的儿童行为障碍。

机器人技术也将在人类健康领域的基础研究中发挥着作用。

创建一个模拟生物的机器人系统是测试人类身体及脑部功能的重要途径。

另外，机器人能以前所未有的精确度获取生物系统数据，让我们能够对身体与社会行为进行定量的理解。

最后，社会交互机器人能被用于人类行为研究及行为障碍的诊断辅助中。

机器人系统在医学与健康领域具有相当广泛的应用范围，比如应用环境（从手术台到家居室）、用户数量（从小孩到老人，从患者到健康用户以及在身体或认知上有障碍的人）以及交互模式（从常规手术到无需人员参与的康复训练）。

机器人领域的技术进步在发明新的疾病与障碍的治疗方法、提高护理标准、拓宽服务途径以及优化患者的健康成果方面有着显著的潜能。

机器人技术应用的社会动因机器人技术能为更加先进的医疗保健提供许多社会动因。

广义上来说，这些动因主要归为两类：拓宽获取医疗保健的渠道以及优化疾病的预防和患者恢复的效果。

如果能够实现上述目标，那么现有的医疗程序能得到改善，而新的医疗程序也能得以发展，劳动生产率就会因为创伤的减轻以及副作用的减少导致的康复时间的缩短而提高。

这些革命性的尝试旨在发展新的医疗程序和装置，例如微尺度干预和智能假肢，从而使风险收益率和成本收益率大大降低。

更有效的医师培训方法也会减少医疗事故的发生。

客观的问责以及认证/评估方法也有助于达成这一目标。

在理想情况下，所有这些改进都会通过降低对家庭、护理人员和雇主的影响而降低社会成本。

更为直接的结果是，医疗保健费用会由于质量的改善、并发症的减少、住院时间的缩短和治疗效率的提高而降低。

经济与人口因素也必须考虑在内。

在美国，有超过15%的人口没有保险（2007年人口普查：美国收入、贫穷和健康保险覆盖率）；还有许多人也是保险不足。

上述情况会使个人无法获取必要的医疗服务，某些情况下会导致身体功能丧失甚至丧命，也会阻碍病人获得预防治疗和早期治疗，导致并发症的发生。

是否能获得医疗服务最主要看支付能力。

物理交互治疗机器人的途径承诺降低临床康复护理费用，且是美国退伍军人管理局正在进行的缩减成本效益研究的重点。

社会辅助机器人领域方面，其发展方向为提供可负担的入户诊疗技术，为疾病预防和康复提供激励和指导。

在为老年人提供保健服务方面，机器人技术同样具有很好的前景，比如促进原居安老（例如在家里）、通过激发认知和身体锻炼来推迟老年痴呆症的发生，以及提供陪伴来缓解老人的孤独。

医疗保健服务的提供也与地理位置有关。

当造成人身安全事故的灾害来临时，距离与非结构化的环境将会对现场抢救和事故现场受伤人员的转移造成障碍。

这种情况在自然灾害（如地震、飓风）和人为灾难（如恐怖袭击）中经常发生。

战场上也会出现类似的问题，为拯救人员的生命，损伤点护理是必要的。

在某些环境下，如太空、水下、地下（矿业），本身就远离医疗人员。

最后，农村人口生活地带，可能距离能提供专业的健康护理的医疗中心很远。

远程医疗和辅助机器人可以为生活在人口稠密地区之外和灾难场地的人们提供医疗服务。

人口因素表明，我们越来越需要对医疗保健的使用条件和质量进行改善。

人口研究显示，在未来几十年内，美国人口将经历一个重大的人口老龄化时期。

具体地说，到2030年，美国的老龄人口将会增加大约40%，日本超过65岁的老人人口数量将会翻倍，而欧洲的老年人数量将会增加50%。

在各大洲，年龄高于80岁的老人数量将增加逾100%。

医学进步使人的寿命延长，同时出生率却逐渐降低，最终就会导致社会的老龄化。

这个人口统计学趋势将对工业生产、住房、继续教育、医疗健康产生重大影响。

与人口老龄化相关的问题是不断增加的伤患和生理失调的病人。

此外，在整个年龄跨度上，健康趋势表明终身受糖尿病、自闭症、肥胖和癌症在内的多种病症困扰的病患数量将显著增加。

美国癌症协会估计，2013年在美国有166万个癌症病例（包括最常见皮肤癌）。

此外，侵袭性癌症的发病率也会随着年龄的增长而显著增加。

这些趋势会产生越来越多的个性化医疗需求。

例如，目前美国每年新增中风人数达到了80万，这个数字预计会在未来20年翻倍。

此外，过去中风患者的年龄在60岁或以上，而事实上40岁及以上的患者数量也在不断增加。

中风患者必须进行强化康复，恢复身体机能，减少永久性残疾的可能。

然而，不断变化的人口统计数据表明，由于物理治疗师的缺乏，不久的将来在护理方面将会存在巨大缺口。

中风是成年人运动障碍最常见的原因，而脑瘫（CP）是儿童运动障碍的常见原因，中风和脑瘫都会导致终身残疾。

每年约10000名婴儿和儿童被诊断为脑瘫，而美国有超过76.4万名患者被诊断呈现脑瘫症状。

同时，具有包括自闭症谱系障碍、注意力不集中、多动症和其他症状的神经发育问题及认知障碍的人数不断上升。

仅自闭症患率就在上世纪后25年里翻了两番，在88名儿童中就有一名被确诊（几年前每150名中仅有一位被确诊）。

改善的结果源自早期筛查、诊断、透明的监控和持续的健康评估，这些措施都将大大地节约治疗成本，可以有效地进行干预和治疗。

上述这些因素也将弥补卫生保健队伍规模不断缩小的趋势，同时价格低廉以及可利用的技术将促进健康的、个性化的和基于家庭的医疗保健发展。

因此，提高人们的终身独立能力成了关键的社会驱动力，包括提高原居安老能力（也就是让老年人在家里待的时间更长、更快乐、更健康）；提高流动性，减少各个年龄段人群的隔离和抑郁状况（这反过来影响着生产力、健康成本和家人的幸福）；提高保健水平，使保健人群获得更好服务，也有利于护理工作者提高独立性。

由于负担不起家庭医疗保健费用，护理工作者已经从全职护工转换成家庭成员。

机器人技术可以提高安全性和监控能力，避免受监护人员错过服药时间，保证服药一致性，还能够监测摔倒、活动缺乏和其他能力下降的迹象。

所有上述机器人技术的特点和性能，都有可能延长劳动时间和提高劳动者的生产率，扩大劳动力规模。

随着可获得的社会保障和退休资金的减少，人们工作时间将会延长。

日益增加的残疾人也会加入到劳动力大军中（并促进社会保障），以平衡可用劳动力规模减少的部分。

最终，根据美国人口数量和其老龄人口数据，在医疗保健的广泛领域保持技术领先是一个关键的目标。

机器人的新价值外科手术及介入机器人在首次报道机器人介入外科手术之后的二十年，手术机器人被广泛用于手术室或作为介入装备。

在准确性、可视化，以及运用新的医疗程序方面，人们正逐渐认识到外科手术机器人的潜力。

目前的外科手术机器人都直接受控于外科医生。

通常的应用场景是进行远程操作，由外科医生操纵输入装置，病人旁边的机器人则按照输入命令执行动作。

相比传统的微创手术，机器人可以让外科医生提高操作的灵巧性，使其动作从人类的正常尺度缩小到极小距离，同时提供操作员与仪表提示之间的直观联系。

外科医生可以切割、烧灼、缝合，其准确性能够不低于以前只在非常创开放式手术过程中才能达到的精度。

一个完整的外科工作站包含机器设备和实时成像设备将手术过程可视化。

新一代的外科工作站将提供各种各样的计算机和物理增强功能，如解剖结构周边脆弱的“禁飞”区，无缝显示器可以在外科医生的视野内显示大量的相关数据，用以识别手术动作和病人状态，也可以性能评估和预测康复效果。

如果我们获得了正确的信息，许多医疗程序都可以提前进行计划，并且以合理的、可预见的方式执行医疗计划。

在此期间，医疗人员主要职责仅仅是监督并控制机器人。

通过类比工业制造系统，上述治疗模型通常被称为“外科CAD/CAM”（计算机辅助设计和计算机辅助制造）。

实际的例子包括矫形手术中为关节重建准备的骨骼，以及在介入放射治疗中将针头植入目标组织。