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醫(yī)療穿刺采血機(jī)器人研發(fā)助力醫(yī)院實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化

COVID-19全球流行，在應(yīng)對(duì)新冠疫情時(shí)，各國(guó)的醫(yī)療衛(wèi)生系統(tǒng)都受到極大挑戰(zhàn)。無(wú)疑，此輪新冠疫情將影響全球的醫(yī)療衛(wèi)生體系發(fā)展方向。目前，已經(jīng)有建筑師、醫(yī)療衛(wèi)生顧問(wèn)討論如何改變現(xiàn)代醫(yī)院的設(shè)計(jì)，讓醫(yī)療衛(wèi)生系統(tǒng)能夠更好地應(yīng)對(duì)危機(jī)。從一方面來(lái)看，新冠疫情爆發(fā)早期，醫(yī)護(hù)人員大量接觸感染病人，防護(hù)不到位，醫(yī)護(hù)人員感染率較高。在疫情中，問(wèn)診機(jī)器人、消毒機(jī)器人、物流機(jī)器人等自動(dòng)化設(shè)備成為醫(yī)院剛需產(chǎn)品?？梢?jiàn)，對(duì)于醫(yī)院來(lái)說(shuō)，未來(lái)要減少醫(yī)院人員日常工作中的感染風(fēng)險(xiǎn)，公共衛(wèi)生體系將朝著信息化、自動(dòng)化方向發(fā)展。來(lái)自哈工智能中央研究院的磅策機(jī)器人，從減少感染科護(hù)士采血感染風(fēng)險(xiǎn)的愿景出發(fā)，研發(fā)了一款在超聲引導(dǎo)下的醫(yī)療穿刺采血機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)血液標(biāo)本自動(dòng)收集、標(biāo)本自動(dòng)分揀整理，助力醫(yī)院實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化驗(yàn)檢。哈工智能是國(guó)內(nèi)聚焦于高端智能裝備制造和人工智能機(jī)器人的高科技上市公司，聚焦于高端智能裝備制造和人工智能機(jī)器人，有著深厚的機(jī)器人研發(fā)經(jīng)驗(yàn)，并以AI+ROBOT為核心發(fā)展理念，完善機(jī)器人生態(tài)圈。雖然哈工智能在工業(yè)機(jī)器人方面已完成了全產(chǎn)業(yè)鏈布局，但醫(yī)療與工業(yè)是兩個(gè)天差地別的行業(yè)，磅策機(jī)器人如何將工業(yè)機(jī)器人研發(fā)的經(jīng)驗(yàn)移植到醫(yī)療領(lǐng)域中？采血機(jī)器人如何在醫(yī)療場(chǎng)景中真正實(shí)現(xiàn)落地？動(dòng)脈網(wǎng)采訪了磅策機(jī)器人CEO謝雷與CTO張兆東。最為普遍的采血存在什么樣的痛點(diǎn) 磅策機(jī)器人團(tuán)隊(duì)過(guò)去長(zhǎng)期與機(jī)器人打交道，但是在他們看來(lái)，公司的發(fā)展一定是與社會(huì)責(zé)任相并重的。積累的技術(shù)方向應(yīng)該用到最需要的場(chǎng)景中。 “我們最后選擇了醫(yī)療機(jī)器人這個(gè)領(lǐng)域作為研發(fā)嘗試的新領(lǐng)域，用我們?cè)跈C(jī)器人領(lǐng)域積累的經(jīng)驗(yàn)去解決醫(yī)療領(lǐng)域的問(wèn)題?！? 在調(diào)研中，磅策機(jī)器人的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，在醫(yī)療機(jī)器人應(yīng)用可以大致分為四大方向：首先是機(jī)器人+治療方向;第二是機(jī)器人+診斷;第三是監(jiān)護(hù)方向;第四是檢驗(yàn)檢測(cè)方向。謝雷認(rèn)為，在治療領(lǐng)域，已經(jīng)有很多頭部企業(yè)聚集，達(dá)芬奇機(jī)器人所屬的直覺(jué)外科一騎絕塵。在診斷領(lǐng)域，更多偏向AI軟件。監(jiān)護(hù)領(lǐng)域更多是硬件設(shè)備為主。最后，磅策機(jī)器人選擇診斷檢測(cè)這個(gè)智能機(jī)器人應(yīng)用相對(duì)空白的細(xì)分領(lǐng)域切入。最初，磅策機(jī)器人團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)檢驗(yàn)科最容易和機(jī)器人結(jié)合的環(huán)節(jié)是采血后對(duì)血液試管的預(yù)處理環(huán)節(jié)。試管的搖勻、試管貼標(biāo)等流程能夠快速將工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品移植到醫(yī)療場(chǎng)景中。但磅策機(jī)器人團(tuán)隊(duì)想要做的是與醫(yī)療場(chǎng)景緊密結(jié)合的產(chǎn)品，而不是簡(jiǎn)單地將工業(yè)中的產(chǎn)品復(fù)制到醫(yī)療領(lǐng)域中。在調(diào)研中，磅策機(jī)器人團(tuán)隊(duì)更進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，在采血環(huán)節(jié)，護(hù)士被針扎而感染的風(fēng)險(xiǎn)非常大。謝雷表示：“我們想要研發(fā)采血機(jī)器人來(lái)減少護(hù)士感染風(fēng)險(xiǎn)，尤其是感染科和傳染病醫(yī)院的護(hù)士。我們?cè)?jīng)對(duì)醫(yī)護(hù)人員進(jìn)行過(guò)調(diào)查，發(fā)現(xiàn)年度人均針刺傷0．75次，輻射下的醫(yī)生工作和患病率超60%?！? 除了風(fēng)險(xiǎn)意外，護(hù)士采血工作量也非常大。磅策機(jī)器人CEO謝雷告訴動(dòng)脈網(wǎng)：“在top100的三甲醫(yī)院，日均采血次數(shù)達(dá)到6000人次;單個(gè)醫(yī)護(hù)人員日均服務(wù)150人次，檢驗(yàn)師在很多醫(yī)院都要充當(dāng)采血護(hù)士?！? 三維成像保證穿刺精準(zhǔn)性扎針的動(dòng)作對(duì)于護(hù)士來(lái)說(shuō)是必修課。但是對(duì)于機(jī)器人來(lái)說(shuō)，想要學(xué)習(xí)并完成扎針的動(dòng)作需要首先擁有人類的“視覺(jué)能力”和“判斷能力”。張兆東表示，醫(yī)用場(chǎng)景對(duì)于機(jī)器人的要求較高，磅策的團(tuán)隊(duì)在機(jī)械控制和人工智能領(lǐng)域都有著較深的積累，磅策團(tuán)隊(duì)克服的主要難點(diǎn)在于能否做到精準(zhǔn)穿刺。 “因?yàn)槲覀冊(cè)跈C(jī)器人領(lǐng)域有著較深的積累，一開(kāi)始我們認(rèn)為采血機(jī)器人的設(shè)計(jì)并不難，只需要去模擬護(hù)士扎針采血過(guò)程，用機(jī)械控制原理去完成就行。真正研發(fā)設(shè)計(jì)后才發(fā)現(xiàn)真正的難題在血管選擇和穿刺控制上。因?yàn)檠艿莫M窄程度、深度、走向不同，穿刺的深度都有不同。在工業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì)中，我們只需要讓機(jī)器人從A點(diǎn)到B點(diǎn)，但是在采血機(jī)器人的設(shè)計(jì)中，需要機(jī)器人做出精準(zhǔn)的判斷和決策?！? 為了讓采血機(jī)器人能夠透視血管，磅策機(jī)器人研究了很多機(jī)器視覺(jué)AI技術(shù)，整合兩種技術(shù)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)穿刺。首先是紅外成像技術(shù)，通過(guò)血管中血紅蛋白的對(duì)紅外光的反射，采集血管走向的數(shù)據(jù)，然后是應(yīng)用超聲成像。 “紅外成像的圖像就像是平面的GPS，在天空中雖然能看到具體的坐標(biāo)，但是無(wú)法判斷地下是否還有東西。在采血過(guò)程中，護(hù)士可以通過(guò)感覺(jué)判斷針進(jìn)入血管的深度，但是對(duì)機(jī)器而言，它是無(wú)法感知的。” 為了讓機(jī)器能夠立體、精準(zhǔn)地感知血管的存在，磅策機(jī)器人決定在成像模塊中加上超聲圖像。加上超聲圖像，這讓磅策機(jī)器人團(tuán)隊(duì)遇到了不小的困難，整個(gè)技術(shù)團(tuán)隊(duì)大多數(shù)都沒(méi)有醫(yī)學(xué)超聲圖像解析經(jīng)驗(yàn)。我們通過(guò)很多行業(yè)內(nèi)醫(yī)學(xué)超聲專家給我們補(bǔ)充了豐富的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，并達(dá)成在醫(yī)學(xué)超聲影像下穿刺應(yīng)用的長(zhǎng)期合作。 “大家都知道超聲需要醫(yī)務(wù)人員打在正確的位置才能獲得圖像，不是說(shuō)超聲隨意在什么地方都能獲得圖像。在采血機(jī)器人上，超聲探頭必須要與血管有一定角度，才能獲得圖像。我們?cè)趯⑦@些要求轉(zhuǎn)化為工程語(yǔ)言時(shí)下了很多功夫?！? 應(yīng)用超聲圖像方面是磅策團(tuán)隊(duì)研發(fā)投入花費(fèi)時(shí)間最多的環(huán)節(jié)。有了超聲圖像后，可以掌握血管切面的圖像，獲得血管直徑、深度的信息，幫助采血機(jī)器人建立起血管的三維坐標(biāo)。結(jié)合了紅外成像和超聲成像的磅策機(jī)器人在輔助超聲定位下，可以實(shí)現(xiàn)快速3D圖像定位，根據(jù)成像的血管分布圖，快速計(jì)算出最優(yōu)血管。在血管分割方面，通過(guò)超聲圖像進(jìn)行探測(cè)并分割出動(dòng)靜脈的直徑與位置。在空間運(yùn)動(dòng)控制上，通過(guò)圖像與超聲的融合處理，該機(jī)器人可以計(jì)算出運(yùn)動(dòng)軌跡并完成穿刺采血。兩種圖像識(shí)別技術(shù)的疊加，大大提高磅策機(jī)器人穿刺的精準(zhǔn)度。通過(guò)精準(zhǔn)的計(jì)算，采血機(jī)器人能夠控制采血穿刺的入針角度和穿刺深度，給患者帶來(lái)的疼痛感低于人工穿刺。為了讓采血機(jī)器人穿刺與護(hù)士采血的仿真程度更高，磅策機(jī)器人還增加了穿刺力反饋控制模塊，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)穿刺力距，電機(jī)失速的數(shù)據(jù)變化，輔助視覺(jué)及運(yùn)動(dòng)部件的算法閉環(huán)，更好地提高穿刺的穩(wěn)定性。 “在力反饋這一塊，我們也花費(fèi)了較多時(shí)間研發(fā)，我們?nèi)?wèn)護(hù)士如何做到一針見(jiàn)血，護(hù)士告訴我們，人的血管在皮膚下有一種特殊的感覺(jué)，當(dāng)針穿刺進(jìn)入血管后會(huì)有一種‘空落感’ 。機(jī)器捕捉這種特殊的感覺(jué)是很難的。我們想出了一個(gè)辦法是加很多傳感器，預(yù)測(cè)力量的變化。” 磅策機(jī)器人的產(chǎn)品目前還在研發(fā)迭代中，現(xiàn)在磅策的產(chǎn)品已經(jīng)可以做到在一分鐘內(nèi)完成采血。目前，磅策的采血機(jī)器人可以分為六大系統(tǒng)：穿刺采血系統(tǒng)：可以在醫(yī)學(xué)圖像AI計(jì)算后，進(jìn)行引導(dǎo)穿刺; 電子壓脈系統(tǒng)：可以實(shí)現(xiàn)接觸膜更換，以及手臂的恒力壓緊; 試管管理系統(tǒng)：實(shí)現(xiàn)試管貼標(biāo)、試管分揀、試管搖勻等工作; 耗材管理系統(tǒng)：自動(dòng)實(shí)現(xiàn)針頭更換、消毒試劑更換和耦合劑更換; 止血護(hù)理系統(tǒng)：自動(dòng)實(shí)現(xiàn)止血壓緊處理; 人機(jī)交互系統(tǒng)：通過(guò)HIS/LIS系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)數(shù)據(jù)核對(duì)，同時(shí)進(jìn)行示范教學(xué)展示。通過(guò)六大系統(tǒng)覆蓋了采血過(guò)程的各個(gè)環(huán)節(jié)。保證穿刺及采血成標(biāo)準(zhǔn)化，保證全流程符合采血標(biāo)準(zhǔn)且監(jiān)控防錯(cuò)環(huán)節(jié);避免患者及醫(yī)護(hù)人員全程交叉感染問(wèn)題、針刺傷問(wèn)題。在自動(dòng)化方面，采血及穿刺全流程自主無(wú)需人員介入干預(yù)。多種技術(shù)的疊加也保證了磅策機(jī)器人的產(chǎn)品能夠應(yīng)對(duì)肥胖患者、老年患者等各種特殊體質(zhì)患者。希望首先落地于傳染病醫(yī)院在落地場(chǎng)景上，謝雷表示，作為一款新產(chǎn)品，磅策機(jī)器人團(tuán)隊(duì)希望最早的落地是在傳染病醫(yī)院和科室。 “COVID-19在全球爆發(fā)，讓我們看到傳染性疾病的可怕。發(fā)熱門診是非常高危的一個(gè)工作場(chǎng)景。如果我們按照嚴(yán)格的隔離、減少感染標(biāo)準(zhǔn)去管理發(fā)熱門診。那么采血機(jī)器人可以減少很大的風(fēng)險(xiǎn)。背靠哈工智能，我們做出這款產(chǎn)品，首要的動(dòng)機(jī)是從社會(huì)價(jià)值上考量?！? 護(hù)士采血往往需要在多場(chǎng)景移動(dòng)情況下完成，因此，磅策機(jī)器人也在研發(fā)便攜式采血機(jī)器人。在全世界來(lái)說(shuō)，采血都是最普遍的就醫(yī)程序之一，采血非常普遍并不意味著它是一項(xiàng)簡(jiǎn)單的事。責(zé)任編輯：gt

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