機(jī)器人學(xué)是一門極具前瞻性的學(xué)科。對(duì)醫(yī)療機(jī)器人領(lǐng)域未來(lái)發(fā)展的合理規(guī)劃，離不開對(duì)最新研究成就及其在臨床需求和商業(yè)化方面清晰認(rèn)識(shí)。
寫機(jī)器人的論文，如何選題呢？今日MedRobot提煉了一篇高分綜述，來(lái)自哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院Pierre E. Dupont等在《Science Robotics》（一區(qū)，IF=25）發(fā)表的題為“A decade retrospective of medical robotics research from 2010 to 2020”的綜述文章，檢索了從2010到2020年間引用量最高的、具有開創(chuàng)意義的論文，確定了醫(yī)療機(jī)器人領(lǐng)域的8個(gè)關(guān)鍵研究主題，并進(jìn)行了深入的分析和總結(jié)。30多年前，第一批專家開始探索將機(jī)器臂用于外科手術(shù)。20年前，醫(yī)院安裝上了第一個(gè)商用機(jī)器人系統(tǒng)。在過(guò)去的十年中，醫(yī)療機(jī)器人領(lǐng)域取得了突飛猛進(jìn)的進(jìn)步。目前，世界各地已安裝了數(shù)千個(gè)機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)，已經(jīng)進(jìn)行了數(shù)百萬(wàn)例手術(shù)。隨著醫(yī)療系統(tǒng)對(duì)手術(shù)機(jī)器人的接受程度越來(lái)越高，機(jī)器人領(lǐng)域的研究者們?cè)絹?lái)越關(guān)注下一代醫(yī)療機(jī)器人的樣子。本文聚焦于過(guò)去10年間，對(duì)醫(yī)療機(jī)器人的主要成就進(jìn)行了回顧性評(píng)估。
# 熱點(diǎn)主題
首先，作者通過(guò)在Web of Science上檢索2010-2020年發(fā)表的關(guān)于醫(yī)療機(jī)器人的論文，確定了8個(gè)熱門主題，有的與特定的臨床應(yīng)用有關(guān)（如腹腔鏡機(jī)器人），有的與在醫(yī)學(xué)中廣泛應(yīng)用的使能技術(shù)有關(guān)（如軟體機(jī)器人）。從下圖可以看出，從1990年的6篇增加到2020年的3500多篇，工程和醫(yī)學(xué)期刊上關(guān)于醫(yī)療機(jī)器人的出版物數(shù)量呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。由于Intuitive Surgical的達(dá)芬奇機(jī)器人取得的成功，醫(yī)學(xué)論文以腹腔鏡機(jī)器人為主，占總數(shù)的60%至70%，2020年發(fā)表了1300多篇論文。相比之下，隨著這項(xiàng)技術(shù)的成熟，關(guān)于腹腔鏡的工程論文在2019年達(dá)到了峰值126篇。工程類論文以治療康復(fù)和可穿輔助機(jī)器人為主。這兩個(gè)熱門話題約占過(guò)去十年發(fā)表的工程期刊醫(yī)療機(jī)器人論文的80%。雖然2010年時(shí)這兩個(gè)主題的發(fā)文量相同，但在隨后的10年里，治療性康復(fù)機(jī)器人的發(fā)文量明顯超過(guò)了可穿戴輔助機(jī)器人。值得注意的是，關(guān)于這些主題的醫(yī)學(xué)論文數(shù)量不到工程論文數(shù)量的25%，這可能是由于醫(yī)學(xué)期刊論文通常報(bào)道臨床試驗(yàn)的結(jié)果，而臨床試驗(yàn)比工程研究要花費(fèi)更多的時(shí)間和成本。下圖圖所示的技術(shù)遠(yuǎn)不如上圖所示的成熟，因此工程和醫(yī)學(xué)類期刊發(fā)文量都較少。其中，磁驅(qū)動(dòng)技術(shù)是最成熟的，其工程和醫(yī)學(xué)類論文都呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，醫(yī)學(xué)論文滯后于工程論文。這一主題的持續(xù)發(fā)展在一定程度上取決于微型機(jī)器人的臨床應(yīng)用能否得到充分發(fā)展。# 腹腔鏡機(jī)器人（Robotic Laparoscopy）腹腔鏡機(jī)器人可能是醫(yī)療機(jī)器人技術(shù)中最成熟、商業(yè)上最成功的領(lǐng)域。在過(guò)去的十年里，在臨床、商業(yè)和學(xué)術(shù)上均取得了重大進(jìn)展。腹腔鏡機(jī)器人的大部分研究都是臨床研究，旨在比較機(jī)器人與手動(dòng)腹腔鏡技術(shù)在不同外科手術(shù)中的療效。例如，根治性前列腺切除術(shù)術(shù)、膀胱癌根治性切除術(shù)、直腸癌切除術(shù)和子宮切除術(shù)。2010-2020年，Intuitive Surgical的達(dá)芬奇機(jī)器人的持續(xù)進(jìn)化發(fā)展。該系統(tǒng)現(xiàn)在能夠在所有機(jī)械臂、半自動(dòng)臂上安裝內(nèi)窺鏡和腹腔鏡器械，并改進(jìn)了器械耦合。在過(guò)去的十年里，至少有50種不同的儀器為達(dá)芬奇機(jī)器人設(shè)計(jì)。此外，根據(jù)Intuitive Surgical的年度報(bào)告，達(dá)芬奇的使用量增長(zhǎng)迅速，2019年完成了120多萬(wàn)次手術(shù)。與此同時(shí)，Intuitive Surgical在機(jī)器人腹腔鏡手術(shù)中占據(jù)壟斷地位的專利開始到期，幾家大型醫(yī)療設(shè)備公司開始開發(fā)自己的機(jī)器人。十年來(lái)，學(xué)術(shù)研究在兩方面取得了進(jìn)展。第一是使用腹腔鏡機(jī)器人作為開發(fā)增強(qiáng)能力的平臺(tái)。主要包括引入用于研究的開放平臺(tái)機(jī)器人，初步開發(fā)手術(shù)自動(dòng)化，以及將力傳感集成到腹腔鏡工具。第二是減少手術(shù)侵入性的新機(jī)器人架構(gòu)。單孔手術(shù)系統(tǒng)得到了最多關(guān)注，如Intuitive Surgical最近推出的商用系統(tǒng)達(dá)芬奇SP。
▲達(dá)芬奇SP
- 開放平臺(tái)內(nèi)窺鏡手術(shù)機(jī)器人（ppen platform laparoscopic robots）
- 外科手術(shù)自動(dòng)化（surgical automation）
- 導(dǎo)航、術(shù)中成像和可視化（navigation, intraoperative imaging, and visualization）
- 接觸力感知與控制（contact force sensing and control）
- 單孔內(nèi)窺鏡手術(shù)機(jī)器人（single-port laparoscopic robots）
- 可分離外科手術(shù)機(jī)器人（detached surgical robots）
#非腹腔鏡手術(shù)專用機(jī)器人（Nonlaparoscopic Procedure–Specific Robots）受達(dá)芬奇機(jī)器人在腹腔鏡手術(shù)中的成功啟發(fā)，在過(guò)去的十年里，外科醫(yī)生和工程師也在探索非腹腔鏡手術(shù)的新機(jī)器人解決方案。
- 腔內(nèi)和自然開口手術(shù)（endoluminal and natural orifice surgery）
幾個(gè)令人興奮的發(fā)展將使促進(jìn)手術(shù)專用機(jī)器人平臺(tái)的新一輪創(chuàng)新。在過(guò)去的十年里，電極陣列轉(zhuǎn)向和人工耳蝸植入方面都開展了相應(yīng)的研究。這些例子表明利用軟體機(jī)器人和可能的磁驅(qū)動(dòng)創(chuàng)建深度導(dǎo)航新平臺(tái)的潛力。操將縱和診斷傳感相結(jié)合方面也開展了令人興奮的工作。研究者認(rèn)為，為提高外科手術(shù)的效果，活體實(shí)時(shí)傳感還有待進(jìn)一步研究?？梢詫⑿g(shù)中感知與自適應(yīng)輔助行為（虛擬固定裝置或共享控制）結(jié)合的系統(tǒng)也將幫助外科醫(yī)生實(shí)現(xiàn)快速臨床部署，并提高感知和性能。
# 可穿戴輔助機(jī)器人（Assistive Wearable Robotics）可穿戴輔助機(jī)器人關(guān)注其設(shè)備的設(shè)計(jì)和控制，旨在改善肌肉骨骼或神經(jīng)肌肉損傷患者的行動(dòng)能力或功能。該領(lǐng)域的突出進(jìn)展包括為上肢和下肢截肢患者開發(fā)的機(jī)械假肢（也稱為動(dòng)力假肢），以及為神經(jīng)肌肉損傷患者，如脊髓損傷、中風(fēng)、多發(fā)性硬化癥或腦癱患者開發(fā)的外骨骼。盡管該領(lǐng)域的歷史至少可以追溯到20世紀(jì)60年代初，但直到2010年至2020年的十年間，可穿戴輔助機(jī)器人才得到了充分的實(shí)現(xiàn)。動(dòng)力下肢假肢（powered lower limb prostheses）神經(jīng)控制的上肢假肢（neurally controlled upper limb prostheses）下肢外骨骼（lower limb exoskeletons，LLEs）▲RoboCT公司開發(fā)的UGO下肢外骨骼系統(tǒng)
# 康復(fù)治療機(jī)器人
（Therapeutic Rehabilitation Robots）
輔助外骨骼和假肢旨在取代損失的功能，而康復(fù)機(jī)器人的設(shè)計(jì)目的在于神經(jīng)損傷（最常見的是中風(fēng)和脊髓損傷）后為肢體提供重復(fù)運(yùn)動(dòng)治療，從而恢復(fù)患者自身能力。治療輔助機(jī)器人設(shè)備能夠誘導(dǎo)或促進(jìn)神經(jīng)可塑性，執(zhí)行伸手、抓握、行走和腳踝運(yùn)動(dòng)，從而恢復(fù)運(yùn)動(dòng)范圍和運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)，恢復(fù)患者的肢體功能，在某些情況下，能夠在沒有機(jī)器人設(shè)備支持的情況下提供自我護(hù)理、獨(dú)立生活，甚至在受傷后重返工作崗位。自20世紀(jì)90年代初引入，康復(fù)機(jī)器人作為提供精確、重復(fù)運(yùn)動(dòng)治療的手段，在設(shè)計(jì)、制造、控制和臨床轉(zhuǎn)化方面取得了重要進(jìn)展。在2010年前的十年中，主要研究成果包括為神經(jīng)康復(fù)開發(fā)的第一代機(jī)器人設(shè)備的臨床評(píng)估和商業(yè)化，包括用于步態(tài)康復(fù)的外骨骼，如Lokomat，以及用于上肢康復(fù)的末端執(zhí)行器型機(jī)器人，如InMotion ARM。自最初的發(fā)展以來(lái)，在21世紀(jì)初，研究人員開始為上肢開發(fā)新的外骨骼型機(jī)器人，該機(jī)器人可針對(duì)肘部和肩部遠(yuǎn)端的特定關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，而下肢外骨骼則可促進(jìn)地面行走。2010年-2020年，研究者們完成了控制算法的基礎(chǔ)性工作，這旨在更好地協(xié)調(diào)機(jī)器人和患者之間的運(yùn)動(dòng)。重點(diǎn)領(lǐng)域包括四個(gè)方面：第一，新穎的外骨骼樣式設(shè)計(jì)，關(guān)注上肢的遠(yuǎn)端關(guān)節(jié)，并在驅(qū)動(dòng)和結(jié)構(gòu)上都融入了柔順性和軟體材料；第二，新控制算法的開發(fā)，以調(diào)節(jié)患者與機(jī)器人之間的交互，最大限度地提高患者參與性。第三是，意圖檢測(cè)方法的創(chuàng)造，以推斷和支持病人想要的動(dòng)作，而不是規(guī)定或預(yù)先編程機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡。第四，對(duì)神經(jīng)恢復(fù)進(jìn)行客觀和定量評(píng)估的機(jī)器人裝置的推廣使用。
▲機(jī)器人技術(shù)用于康復(fù)
未來(lái)展望：
未來(lái)的研究工作將側(cè)重于更好地理解神經(jīng)可塑性的機(jī)制，包括如何可靠地誘導(dǎo)和利用它來(lái)最大限度地提高治療效果。這依賴于神經(jīng)科學(xué)的進(jìn)步，包括記錄神經(jīng)元活動(dòng)的新技術(shù)。機(jī)器人技術(shù)的進(jìn)步對(duì)實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)也至關(guān)重要，包括開發(fā)更合適的設(shè)備，以及嵌入設(shè)備中的更精確的傳感和致動(dòng)，以確定可最大程度促進(jìn)功能和獨(dú)立性恢復(fù)的上肢和下肢的遠(yuǎn)端自由度。最后，先進(jìn)的控制算法可以更準(zhǔn)確地實(shí)時(shí)表征患者的能力，不僅可以調(diào)整完成動(dòng)作所需的支持水平，還可以施加適當(dāng)?shù)淖枇蛱魬?zhàn)。
# 膠囊機(jī)器人（Capsule Robots）
世紀(jì)初，Given Imaging（現(xiàn)美敦力）推出了無(wú)線膠囊內(nèi)窺鏡，作為檢查胃腸道的微創(chuàng)方法。只需吞下一?！八幫琛本涂梢允占c道深處的圖像，這一可能性徹底改變了胃腸鏡領(lǐng)域，并引出了一個(gè)全新的研究領(lǐng)域：膠囊醫(yī)療機(jī)器人。
▲美敦力Pillcam膠囊機(jī)器人研究者很快就認(rèn)識(shí)到，傳統(tǒng)的膠囊內(nèi)窺鏡在胃腸道中被動(dòng)移動(dòng)，受到無(wú)法與腸道相互作用并進(jìn)行干預(yù)的限制。解決這一問(wèn)題的第一個(gè)自然方法是采用“機(jī)載驅(qū)動(dòng)”，使用內(nèi)部微型運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)（如腿）主動(dòng)控制膠囊。然而，學(xué)界對(duì)這種方法的熱情迅速下降：使用現(xiàn)有技術(shù)，將包括充足電源在內(nèi)的復(fù)雜機(jī)制集成到“藥丸大小”的設(shè)備（通常長(zhǎng)度為24毫米，直徑為11毫米）中是不切實(shí)際的。為了解決這一問(wèn)題，研究者探索了磁驅(qū)動(dòng)的替代方法。磁耦合的使用繞過(guò)了對(duì)復(fù)雜機(jī)構(gòu)的需求，減少了板載功率需求，從而降低了設(shè)備的總體尺寸和復(fù)雜性。這種形式的致動(dòng)通過(guò)外部產(chǎn)生的磁場(chǎng)操縱膠囊（包含嵌入式磁體）。這種簡(jiǎn)單的機(jī)械布置可以精確地控制膠囊定向并產(chǎn)誘導(dǎo)相對(duì)運(yùn)動(dòng)。磁場(chǎng)可以由永磁體或電磁體產(chǎn)生，電磁鐵在改變磁場(chǎng)大小方面可提供更好的控制程度，但產(chǎn)生的體積磁通密度低于永磁體。醫(yī)療膠囊機(jī)器人現(xiàn)在是標(biāo)準(zhǔn)介入內(nèi)窺鏡檢查的可行的臨床替代品。
未來(lái)展望：
在下一個(gè)十年開始之際，膠囊機(jī)器人將與智能磁控制和多模態(tài)成像（如多光譜、自發(fā)熒光和微超聲）和微/納米機(jī)器人相結(jié)合，提供前所未有的診斷和治療能力。除了臨床用途外，還可以提供研究平臺(tái)，深入人體，解決與微生物組等相關(guān)的其他科學(xué)問(wèn)題。未來(lái)，在能量存儲(chǔ)或無(wú)線電力傳輸方面還可能取得令人興奮的進(jìn)展，將重振板載驅(qū)動(dòng)方法或“多尺度操作”，如一個(gè)膠囊器人部署一支介入微型機(jī)器人大軍。無(wú)論未來(lái)如何，醫(yī)療膠囊機(jī)器人始終都是一個(gè)令人興奮、快速發(fā)展且極具影響力的研究領(lǐng)域。
#磁驅(qū)動(dòng)醫(yī)療機(jī)器人
（Magnetic Actuation for Medicine）
早在被用于身內(nèi)成像之前，磁場(chǎng)就被用于進(jìn)行手術(shù)。使用磁場(chǎng)提取意外嵌入眼睛的鐵屑的記錄至少可以追溯到17世紀(jì)和工業(yè)革命期間。20世紀(jì)50年代，首次對(duì)磁場(chǎng)用于引導(dǎo)尖端安裝有磁鐵的導(dǎo)管進(jìn)行了研究。然而，直到2003年，Stereotaxis的Niobe機(jī)器人磁導(dǎo)航系統(tǒng)才用于商用，該系統(tǒng)使用兩個(gè)移動(dòng)的永磁體產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，用于引導(dǎo)心內(nèi)膜消融導(dǎo)管治療心律失常（電生理程序）。盡管這種磁導(dǎo)導(dǎo)管系統(tǒng)的市場(chǎng)滲透率一直很低，但在過(guò)去的十年中，研究人員和醫(yī)療器械公司的對(duì)其興趣愈發(fā)濃厚，關(guān)于該主題的論文數(shù)量呈線性增長(zhǎng)。
- 多自由度電磁導(dǎo)航系統(tǒng)建模（modeling multi-DOF electromagnetic navigation systems）
- 磁引導(dǎo)微型機(jī)器人（magnetically guided microrobots）
- 毫米尺度上的磁運(yùn)動(dòng)策略（magnetic locomotion strategies at millimeter scales）
- 磁引導(dǎo)導(dǎo)管（magnetically guided catheters）
▲（A）傳統(tǒng)腹腔鏡手術(shù)；（B）局部磁驅(qū)動(dòng)機(jī)器人腹腔鏡手術(shù)
# 軟體醫(yī)療機(jī)器人（Soft Robotics for Medicine）
軟體機(jī)器人本質(zhì)上是柔順結(jié)構(gòu)和智能材料，從一開始就與仿生學(xué)和生物靈感密切相關(guān)。另一方面，人們對(duì)柔體仿生機(jī)器人日益增長(zhǎng)的興趣，也促進(jìn)了智能材料的研究，這些智能材料可從宏觀尺度到納米尺度，用于制造軟體機(jī)器人或?yàn)槠涮峁﹤鞲泻万?qū)動(dòng)能力。比如，大多數(shù)關(guān)于具有傳感能力的人造皮膚的研究，都可以在應(yīng)用軟體機(jī)器人和設(shè)備的文獻(xiàn)中找到。縱觀過(guò)去10年的文獻(xiàn)，有許多關(guān)于軟體仿生機(jī)器人各種應(yīng)用的基礎(chǔ)性綜述或調(diào)查性論文，也有許多關(guān)于新型智能材料的研究論文和綜述，其中，傳統(tǒng)的硅基傳感技術(shù)被具有智能行為的硅基技術(shù)所取代。
就過(guò)去10年的高被引論文而言，排除材料研究論文和調(diào)查性論文，可以將軟體機(jī)器人分成兩類：一種是用于康復(fù)或人體增強(qiáng)的可穿戴軟體機(jī)器人。第二種包括介入和外科手術(shù)機(jī)器人或相關(guān)組件。在介入和手術(shù)領(lǐng)域的三個(gè)主要主題是：（1）用于手術(shù)或介入的軟體設(shè)備，其中整個(gè)傳統(tǒng)設(shè)備被宏觀和微觀規(guī)模的軟體機(jī)器人設(shè)計(jì)所取代；（2）軟體、仿生或順應(yīng)性的組件，可作為獨(dú)立的設(shè)備工作，或者集成到傳統(tǒng)系統(tǒng)中；（3）高級(jí)模擬器的軟體組件和系統(tǒng)，用于訓(xùn)練和研究機(jī)器人和生物人工器官之間的特定生理功能。
盡管軟體機(jī)器人領(lǐng)域還沒有產(chǎn)生代表性的范例，但正在指導(dǎo)大多數(shù)醫(yī)療器械的設(shè)計(jì)和開發(fā)。與此同時(shí)，軟體機(jī)器人技術(shù)也在促進(jìn)軟體材料和新型制造技術(shù)的研究，從而在生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用中開辟意想不到的途徑。
▲用于手術(shù)和藥物遞送的軟體機(jī)器人
# 連續(xù)體醫(yī)療機(jī)器人（Continuum Robots for Medicine）
連續(xù)體機(jī)器人通過(guò)彎曲變形而不非離散關(guān)節(jié)來(lái)改變形狀，與傳統(tǒng)的機(jī)器人機(jī)構(gòu)相比，由于能夠?qū)崿F(xiàn)3D變形，這種機(jī)器人可通過(guò)更小的通道進(jìn)行手術(shù)。它們可以通過(guò)自然開口進(jìn)入人體內(nèi)，通過(guò)體內(nèi)腔導(dǎo)航，在通過(guò)實(shí)體組織時(shí)繞過(guò)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)。與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)相比，連續(xù)體機(jī)器人的彎曲順應(yīng)性也提高了其安全性。在2010年之前的十年中，主要的研究進(jìn)展涉及開發(fā)肌腱和多骨架驅(qū)動(dòng)連續(xù)機(jī)器人結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原理和基于力學(xué)的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型。這促成了醫(yī)療機(jī)器人商業(yè)化，例如漢森醫(yī)療的肌腱驅(qū)動(dòng)心臟導(dǎo)管。此外，還提出了一種肌腱驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)，用一系列由球形關(guān)節(jié)連接的短圓柱連桿代替柔性主干。這一設(shè)計(jì)成為Medrobotics公司商業(yè)化手術(shù)機(jī)器人的基礎(chǔ)。在2000年代，同心管機(jī)器人的概念首次被引入，但直到2010年才完成對(duì)該架構(gòu)的設(shè)計(jì)原理和運(yùn)動(dòng)學(xué)模型的完整描述。
在2010年至2020年的10年間，連續(xù)體機(jī)器人的研究主要集中在四個(gè)領(lǐng)域：
- 在機(jī)器人建模和控制中整合外部接觸和負(fù)載
- 創(chuàng)建軟體連續(xù)體機(jī)器人
- 設(shè)計(jì)用于特定臨床應(yīng)用的連續(xù)體機(jī)器人。
- 擴(kuò)展運(yùn)動(dòng)學(xué)模型以納入外部接觸和載荷（extending kinematic models to consider external contacts and loads）
- 軟體連續(xù)體機(jī)器人（soft continuum robots）
- 特定應(yīng)用的連續(xù)體機(jī)器人設(shè)計(jì)（application-specific continuum robot design）
▲根據(jù)其結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)方法對(duì)連續(xù)體機(jī)器人的分類
# 討論
進(jìn)一步推進(jìn)醫(yī)療機(jī)器人的發(fā)展，離不開對(duì)機(jī)器人及其底層技術(shù)如何使醫(yī)學(xué)增值的深入理解。盡管在幾乎所有其他行業(yè)，普遍認(rèn)為機(jī)器人作為自主體以降低人力成本，但醫(yī)療機(jī)器人，至少到目前為止，都是在其他應(yīng)用方面帶來(lái)附加值。在康復(fù)治療中，可以說(shuō)，目前增值在于提供更多的重復(fù)次數(shù)，而非提高重復(fù)的質(zhì)量；用于放射治療的能量輸送機(jī)器人提供了其他方式難以匹配的精度、可重復(fù)性和速度的組合；與非機(jī)器人設(shè)備相比，電動(dòng)假肢可以通過(guò)擴(kuò)大日常生活任務(wù)的數(shù)量和質(zhì)量來(lái)直接改善患者的預(yù)后；膠囊機(jī)器人最終可能取代一些腸道開放手術(shù)，改善難以到達(dá)的身體區(qū)域的診斷，并減少現(xiàn)有腔內(nèi)腸道手術(shù)的不適。在指導(dǎo)機(jī)器人技術(shù)研究以實(shí)現(xiàn)增值最大化的過(guò)程中，最重要的技術(shù)目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)基于現(xiàn)有技術(shù)所無(wú)法實(shí)現(xiàn)或者不切實(shí)際的新型干預(yù)措施。在未來(lái)十年，軟體機(jī)器人很可能成為一項(xiàng)非常重要的使能技術(shù)。目前大部分最有前景的工作都是在材料領(lǐng)域，涉及帶有嵌入式傳感器和驅(qū)動(dòng)器的薄聚合物層制造。盡管目前這項(xiàng)工作看似與醫(yī)療應(yīng)用很遙遠(yuǎn)，但這些能力可能會(huì)對(duì)介入、康復(fù)和輔助機(jī)器人產(chǎn)生巨大影響。其他的傳感、成像、驅(qū)動(dòng)和儲(chǔ)能等使能技術(shù)可能會(huì)為消費(fèi)類電子產(chǎn)品帶來(lái)跨越式發(fā)展。
一項(xiàng)技術(shù)除了能夠催生出一種新的手術(shù)型式外，若可使醫(yī)療機(jī)器人增值，也同樣具有非凡意義。術(shù)前和術(shù)中成像與靈活的、符合人體工程學(xué)的增強(qiáng)手術(shù)工具相結(jié)合就是一個(gè)很好的例子。這種方法的價(jià)值可能在未來(lái)還會(huì)持續(xù)增長(zhǎng)。將實(shí)驗(yàn)室細(xì)胞和分子成像轉(zhuǎn)化到體內(nèi)原位手術(shù)中，為宏觀和細(xì)胞級(jí)的治療提供改善的組織探測(cè)、標(biāo)記和靶向，將進(jìn)一步擴(kuò)大手術(shù)干預(yù)的功能能力。通過(guò)簡(jiǎn)化術(shù)中決策制定與優(yōu)化，并使其具有更高的一致性和準(zhǔn)確性，避免潛在的術(shù)后并發(fā)癥，能夠從根本上改變手術(shù)路徑規(guī)劃。
另外一種機(jī)器人增值的方式是通過(guò)增加自主性。醫(yī)療機(jī)器人自主性的技術(shù)前沿，在于賦予機(jī)器人基于實(shí)時(shí)傳感器數(shù)據(jù)制定和改變其計(jì)劃和運(yùn)動(dòng)的能力。例如自主腹腔鏡手術(shù)切除癌性病變或自主經(jīng)導(dǎo)管心臟瓣膜修復(fù)。這種程度的自主性不僅帶來(lái)了技術(shù)上的挑戰(zhàn)，還帶來(lái)了監(jiān)管、倫理和法律方面的問(wèn)題尚待解決，并將提高商業(yè)化成本。因此，在現(xiàn)有的醫(yī)療機(jī)器人中逐步增加這種自主功能將會(huì)容易得多，這些機(jī)器人的價(jià)值可以在不考慮自主功能的情況下得到證明。例如腹腔鏡手術(shù)的自動(dòng)縫合，柔性內(nèi)窺鏡的自主導(dǎo)航，或心臟內(nèi)自主電生理導(dǎo)管標(biāo)測(cè)。
漸進(jìn)自主化的進(jìn)化趨勢(shì)（如下圖所示）將為算法和傳感器等必要技術(shù)的研發(fā)提供時(shí)間，同時(shí)，讓利益相關(guān)者有時(shí)間逐步構(gòu)建適當(dāng)?shù)谋O(jiān)管和法律框架。短期內(nèi)，必須具備自主能力的在醫(yī)療機(jī)器人的商業(yè)化將更具挑戰(zhàn)性，但長(zhǎng)期看來(lái)可能具有最高價(jià)值。
▲提高醫(yī)療機(jī)器人自主性的特定應(yīng)用趨勢(shì)自1990年以來(lái)發(fā)表的19000多篇關(guān)于醫(yī)療機(jī)器人的工程論文中，只有少數(shù)可以為現(xiàn)有的商用醫(yī)療機(jī)器人賦能。即使的具有高技術(shù)影響力的論文，其專利引用數(shù)量也不多。在某種程度上，這可能是由于技術(shù)開發(fā)與其商業(yè)應(yīng)用之間的巨大滯后。技術(shù)研究與醫(yī)療器械商業(yè)化現(xiàn)實(shí)之間的不匹配也是影響因素之一。將機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用于臨床，需要的不單單是被引用的研究文章，必須要確定真正臨床需求，必須要開發(fā)相關(guān)的技術(shù)來(lái)滿足這臨床需求，并考慮機(jī)器人如何為臨床醫(yī)生和患者增加價(jià)值的細(xì)節(jié)。技術(shù)的開發(fā)還必須充分考慮醫(yī)院的行政和財(cái)務(wù)限制，不妨礙完善的臨床工作流程；必須盡早識(shí)別潛在風(fēng)險(xiǎn)，以便獲得倫理批準(zhǔn)；必須開發(fā)有吸引力的商業(yè)模式，以確保能夠獲得足夠的投資，使該技術(shù)順利通過(guò)醫(yī)療設(shè)備獲得商業(yè)成功必經(jīng)的復(fù)雜途徑。要最大限度地提高成功的幾率，技術(shù)研究者者必須走出象牙塔，與臨床醫(yī)生、監(jiān)管機(jī)構(gòu)、投資者和商界建立深入的合作.
