六种未来医疗机器人黑科技

前言：医疗机器人可以说是医疗器械中最具科技感的产品形式，很多在我们看来的黑科技、新技术都会首先尝试与机器人相结合。可以想象，许多科幻小说中的经典应用场景都有可能在不远的将来一一实现。下面我将描绘最有可能实现的六大医疗机器人未来应用场景。

一、远程医疗与移动医疗

2001年9月7日，身在纽约的著名外科学家雅克·马雷斯科利用ZEUS手术机器人，系统完成了对身在法国斯特拉斯堡的68岁女患者的胆囊摘除手术。整台手术耗时仅48分钟，患者术后48小时内恢复排液，无并发症出现。马雷斯科教授认为，这是外科史上继微创技术及电脑辅助应用后的第三次变革，成功引入“全球外科技术共享”理念，无论医生在何处，都能参与任何地方的手术。

这台具有开创性特质的手术被称为“林白手术”。虽然手术成功完成，但是影像的传输和手术操作却出现了延迟的现象，这使得远程手术难以实现。然而随着通信技术不断发展以及5G时代的到来，现代通信技术容量大、速率高、低延时的特点，能为远程医疗提供强有力的技术支持，医生可以更快调取图像信息、开展远程会诊以及远程手术。

远程医疗的好处是显而易见的，通过以计算机技术、遥感、遥测、遥控技术为依托，充分发挥大医院或专科医疗中心的医疗技术和医疗设备优势，对医疗条件较差的边远地区、海岛或舰船上的伤病员进行远距离诊断和治疗，可以极大地提高诊断与医疗水平，降低医疗开支，满足广大人民群众的保健需求。

5G通信技术的出现，可支持在移动状态下更快速地传输大型图像文件，例如CT、MRI产生的图像文件，同时也可以确保安全地操控手术机器人完成远程手术。它将允许通过网络基础设施远程控制对象，亦可以利用智能应用与服务的数据互通，建立集成诊疗系统。

医生能够通过数据超链接，利用3D / UHD视频远程呈现或UHD视频流，对患者进行远程虚拟诊治，使偏远地区的患者足不出户即可进行疾病咨询并获取专家的诊治意见。远程医疗加上远程手术机器人，可以让专家在医院为几乎处于任何地方的患者进行手术。这在一定程度上帮助了医疗资源的下沉，有利于解决现阶段看病难、看病贵的社会问题。

5G的高速移动通信属性，还使得远程医疗服务可以覆盖到常规有线通信难以覆盖的边远地区以及移动场景。比如在救护车、高铁等移动环境下，利用5G通信依然可以实现高速的远程医疗服务。远程医疗技术正显示出强大的发展势头。正如美国未来学家阿尔文·托夫勒曾预言的：“未来医疗活动中，医生将面对计算机，根据屏幕显示的从远方传来的病人的各种信息对病人进行诊断和治疗。”

随着通信、计算机、医疗技术的快速发展以及人类不懈的努力，可以预期，不久的将来通过应用远程医疗技术，任何人在任何时间地点都能获得所需的医疗保健服务，也就是说，人们享受高科技带来的医疗便利的日子离我们已经不远了。

二、Cybrog：生化电子人

科幻电影《阿丽塔：战斗天使》中的阿丽塔从被捡回来后完全“义体化”；DC漫画中的钢骨（Cybrog）在被炸成重伤后依靠高科技成为一半人类一半机械的生化人延续生命；漫威漫画旗下的超级英雄冬兵战士苏醒后在断肢处装上了机械手臂……随着科技的进步发展，这些人机融合的场景在未来都有可能实现。

近来人机融合的代表便是当下很火热的外骨骼机器人。未来的外骨骼机器人将发展得更加完美和实用，成为人体与机器的完美结合。穿戴者和外骨骼成为一个闭环的协同系统。机器能通过肌电、脑电信号或传感器感受穿戴者的运动状态和运动意图，实现人机多自由度、全运动过程的实时同步和功能辅助；同时人也能体验到机器的工作状态。

在未来，如“阿丽塔”一样的机械义体和如“冬兵”一样的机械义肢将成为现实。依托于材料科学、神经接口和控制技术等科学技术的发展，人类为了突破自身肉体的限制或为了提升残障人士的生活质量，将可能选择把机械融入自己的身体，成为半机械半人类的机械人。现如今，器官短缺一直是重要瓶颈，而异体移植后的排斥反应也给病人带来终生的困扰，所以，生物化器官的定制将极大突破上述困境。

通过精准的模型重建和3D打印，可以获得大到外形轮廓、小到血管分布都准确的人工器官，同时，人工器官同样具备生物活性，在确保生物功能性的情况下减小身体排异反应。在未来，器官移植手术意味着一个全新的生物相容的机械器官将会代替原本几近衰竭的人体器官继续在人体内发挥作用。

机械义肢将会解决残疾问题，对于未来的残疾人而言，定制化的机械手臂和机械腿等机械义肢将会完美地适配每个不同的残疾个体，人工合成的神经将会植入人体并连接机械义肢和大脑，双向的神经反馈会使得机械义肢的操控如我们自己的肢体一样简单直观，安装机械义肢后生活质量或许还会比之前更高。

三、精准微创手术随做随走

在科幻电影《普罗米修斯》构建的世界里，那套完全自动化的诊断和手术平台Medpod 720i的构思成了整片的小亮点，自动扫描诊断、喷雾麻醉，甚至给人缝合伤口时就像是在使用订书机，实现了治疗三步走：进去，治好了，出来。

另一部科幻电影《极乐空间》里面介绍的一台关键设备：Medbay智能医疗仓，患者只需躺在里面，智能医疗设备就可以完成从扫描、诊断到治疗、修复的一切过程，让身体完成重启，给你一个健康的身体。相信像这样利用全自动的医疗机器人开展外科手术会是未来医疗机器人发展的重要趋势。

美国约翰·霍普金斯大学研究的一套名叫“Star System”的软组织手术机器人进行了一次猪大肠无人缝合测试，成功地自动缝合了被切断成两截的猪大肠，其中60%的工作由STAR机器人自主完成。“Star System”系统包括一台外科手术机器人（机器手）、3D成像识别系统、近红外传感器和一套自动缝合算法程序。

它的视觉系统依靠近红外荧光（NIRF）标记，通过一个3D摄像头记录整个手术区域的图像，并结合所得数据为自己实时规划缝合任务。在测试中，机器人自动并完美地完成了对测试软组织的缝合。测试后的结论表明，机器人所缝合的部位与人类相比，缝合质量相当于一位从业7年以上的主刀医生。

我们相信未来常规的外科手术终极形态会像《普罗米修斯》里那样，完全由一套医疗程序全自动控制机器人来完成，人类医生可能会转为研究开发新的术式或与机器人配合来完成更复杂的手术。

由自动化的手术机器人亲自“操刀”的手术将会进一步降低手术创伤，同时机器人高度的精确性和稳定性可以保证常规外科手术的一致性，为所有患者提供更为均质化的医疗服务，凭借更加先进的机器人手术技术，将极大降低手术带来的痛苦，手术随做随走可能在不远的将来变成现实。

四、微纳机器人：人体清道夫

1966年，著名作家艾萨克·阿西莫夫出版了一部科幻小说《梦幻旅行》，讲述了通过科学手段把人缩小到细胞大小，在人体内经历了梦幻般的冒险。这部小说启发了很多科学家，虽然我们很难把真人缩小到细胞大小，但制作一个微型机器人代替人类进入体内完成作业是完全可行的。

所以一直以来，微型机器人成为科学研究的热点，我们都期盼机器人能听从指挥，到达人体指定位置，在对人体危害最小的情况下递送药物或杀死病变组织。梦想并非遥不可及。2010年，美国科学家研制出一种DNA构成的纳米蜘蛛机器人，它们只有4纳米长，比人类头发直径的十万分之一还要小，这些机器人可以按照DNA的轨迹实现启动、移动、转向和停止等功能，科学家可以通过编程来辨别癌细胞并且控制纳米蜘蛛杀死癌细胞。

驱动系统是纳米机器人“身体”中的关键环节，英国剑桥大学科学家近日研制出迄今全球最小的纳米发动机“蚂蚁”，它采用光驱动，未来可应用在水中导航装置、环境感应器及在人体内工作的机器人上。

DARPA（美国国防部高级研究计划局）正致力于一项In Vivo Nanoplatform（体内纳米载体平台）项目，以帮助美国士兵快速诊断和治疗多种疾病。这一举措，可能会减少对前线医护工作者的需求，因为携带药物的纳米机器人可以存在于每个个体体内并实现自主转移。纳米技术的先驱罗伯特·弗雷塔斯（Robert Freitas）已设计出一款名为Respirocyte的纳米机器人，它可以携带90亿个氧分子与二氧化碳分子，为一般红血球携带量的200倍。

使用这种系统可以使得人类在跑步时得以全力冲刺整整15分钟而体感并不疲惫，这一程度的供氧量也等同于人类能够在水中自如憋气长达数小时之久。

想象一下，当你感冒时，不用再打针吃药，医生只需在你血液里植入纳米机器人，机器人在体内探测出病毒源头，并到达病毒所在处“消灭”它。让纳米机器人进入人体进行血管探测，去除癌变细胞，进行定点给药。现在，有许多病情是外科医生用手术刀解决不了的，比如病源可能仅仅是一个病变细胞，此时，外科医生的手术刀根本派不上用场，用药物治疗又会对患者的整个身体产生损伤，纳米机器人“医生”便有了用武之地。

医生只需将载有数以万计的纳米机器人的药液注入病人的血管，有导航作用的纳米机器人会沿光路到达指定位置，进行血管养护、健康检查、精准给药、疾病治疗和器官修复等工作，更小的纳米机器人还可能去除有害的DNA或安装正常的DNA，使机体正常运行，延缓衰老。

纳米机器人除了有治疗的作用，还能起到随时体检并处理早期问题的作用，成为人体内的“人造免疫T细胞”。纳米机器人在人的血管网络中漫游，进行巡逻和检查，尽早发现异常细胞，而且可以对人体内细胞组织进行修复。它不仅可以完成早期诊断工作，更重要的是可以充当微型医生并发挥治疗作用，解决传统医生难以解决的问题。

比如杀死癌细胞，疏通血栓，清除动脉脂肪沉积物等。携带有急救活性药物的纳米机器人在人体受到伤害时还能充当“人造血小板”，帮助止血和加快伤口愈合。在可预见的未来，被视为当今疑难病症的癌症、艾滋病、高血压等都将迎刃而解。届时，人类因疾病所带来的痛苦将减少，人的寿命也将得到延长。

五、智能健康管家

在《钢铁侠》系列电影中，贾维斯（Jarvis）是钢铁侠的AI管家，它是一款超智能软件，能独立思考，有人类的感情，会帮助钢铁侠处理各种事务，计算各种信息。

我国科幻电影《流浪地球》中的领航员空间站核心智能主机MOSS、《2001：太空漫游》中的超级计算机哈尔9000、《机器人总动员》里掌管飞船运行大权的机器人Auto和《星际穿越》里可以随意调节幽默度的机器人Tars都是科幻电影中对于未来人工智能管家系统的假想。这些人工智能管家帮助人类处理各种事务，去完成系统中的预设目标和任务。

在未来的医疗场景中，应该也将会有类似于家庭医疗健康管家系统存在，就像贾维斯一样，对主人每天的生理健康指标信息进行收集并分析，得到相应的结论提醒主人应该对生活做出哪些调整。这样的医疗系统配备有相应的医疗机器人终端，就像电影《超能陆战队》中的机器人健康助手大白（Baymax），它最重要的任务就是通过摄像头等设备扫描目标用户，感知其体征、健康数据和情绪，然后采取措施进行健康护理。

在动画里，主人公阿宏两次被大白抱住，一次是因为自己哥哥去世，心情的低落被大白扫描到；一次是掉入水中，被大白感知到体温下降，而被抱住。大白还调整了自身的温度，来提高阿宏的体温。对于未来的家庭健康管家类型的医疗机器人来说，这些功能都将不会是问题。

“不敢生病”“社会圈子不断萎缩”“情感诉求强烈”等特征，是空巢老人群体所具有的共性。据国家统计局最新数据，我国60岁及以上人口达到2.4亿，占总人口的17.3%。为了面对即将到来的人口老龄化问题，健康管家不仅要实时对老年用户的生理状态和身体健康进行实时监护，对特殊危急情况进行处理，比如联系医院急救等，还要关爱老年用户的心理健康，缓解老人的孤独感，为他们的晚年生活增添乐趣。

从现在来看，未来几年基于5G建立起来的大规模医疗物联网生态系统将覆盖数以亿计的健康检测设备，以及临床可穿戴设备和远程传感器。5G将改善一系列远程医疗健康管理工作，医生可依靠这些仪器持续捕获患者的电子医疗数据，如生命基本体征，身体活动频率，甚至检测出他们正在服用的处方药物等。

这些数据可被医生近乎实时接受，并且可以随时随地，在线访问患者的医疗数据库，及时得到疾病信息，提高诊治质量和效率，为患者提供个性化治疗解决方案。总之，未来的家庭健康智能管家值得期待。

六、神经接口——人体USB接口

科幻电影《攻壳机动队》和《黑客帝国》中都展示了“脑后插管”的神经接口技术，通过植入式的神经接口实现人脑与计算机的直接互联。目前，脑机接口技术（Brain-computer Interface, BCI）已经可以实现人类或动物大脑与外部设备的通信功能，为计算机开创一个单向或双向的神经接口。

单向脑机接口技术，计算机可以接受大脑发来的命令或发送信号到大脑，而双向脑机接口技术则允许大脑和计算机之间的双向信息交换。脑机接口技术探索了在人体神经系统留下接口的可行性。随着技术发展，接口形式会趋向通用，应用对象也不再局限于简单的运动指令传输，真正发展成为类似USB的神经接口。

通过神经接口，可以便捷地向外部设备发送指令，实现特定功能。通过人体植入芯片，可以随时用意念调用身体健康数据，患者去医院就诊时将不用再反复化验和描述病情，通过简单的神经数据传输，医生即可快速准确地掌握患者的身体状况。有运动功能障碍的患者可以方便操作外部假肢完成各项动作，真正做到假肢与人体的功能融合。

通过神经接口，可以建立各项类似条件反射的应激保护机制。例如高空坠落时外骨骼设备将自动启用，保证稳定着陆；突发心肌梗死等急性重症时，会自动注射药物并呼叫急救服务等。通过神经接口，也可以实现“意念控制”，对下位机发出生物信号指令，下位机就会做出相应的操作并实时进行反馈。

神经接口也可接受外部设备信息，辅助提高人类机体性能。医生培训场景可能发生变化，不再是面对图像等信息源，而是通过计算机模拟虚拟场景，通过神经接口技术让医生融入其中，走入人体、器官甚至细胞之中，探察各项结构。

康复训练也不再是“手把手”的指导，通过神经接口向大脑运动中枢发送信号，驱动各肌肉群准确完成康复动作，提升康复效果。神经接口也极大地扩展了人体信息来源，人体感知将不再是认识世界的唯一途径，外部设备可以为盲人提供图像，为聋哑人提供声音，为心理障碍患者提供疏导，为阿尔茨海默患者提供记忆。

神经接口还可以应用在沉浸式虚拟现实训练中，就像影片《黑客帝国》中描述的一样，通过神经接口技术连接到虚拟世界中。对于学习使用外骨骼的患者，他们可以想象自己在走路和移动，训练也会有实际反馈，让他们通过机器人外骨骼行走。

神经接口打开了人类与环境交互的另一扇大门，也许在未来，人体机能不再决定人类寿命，脑机互联将可能以数字化的方式实现人类生命的延续。

来源：智能医学网

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