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自动扎针采血机器人一经问世,马上引起各领域广泛关注

机器人大讲堂 2021-02-26 14:35 次阅读

疫情期间,无接触服务 “疫” 外走红。为解决医患交叉感染、医护人员短缺的问题,智能消毒机器人、体温检测机器人、远程问诊、AI 辅助诊断等系列医疗科技“抗疫助手” 不断涌现。

同济大学科研团队针对疫情中的临床需求,设计研发的自动扎针采血机器人一经问世,马上引起各领域广泛关注。

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“扎针采血机器人是一种自动化的设备,它不仅能减少交叉感染,还能进行大批量扎针采血工作,这样就大大减轻了医护人员的工作负担。” 同济大学电子与信息工程学院副教授、项目负责人齐鹏说。

据了解,该项目已获得八项专利授权,目前正在申请其他三十余项专利,春节后即将陆续在医院进行实验测试

▍扎针采血机器人 “三大法宝” 显灵通

扎针采血机器人系统有 “三大法宝”,保障机器人扎针比人工操作 “更快、更精准、更稳定”,并避免医患交叉感染、实现 “无接触” 医疗自动化。

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图丨扎针采血机器人设计原理(来源:受访者)

第一,能够准确识别皮下静脉的近红外摄像头,使机器人 “双眼” 看得更清晰,并通过机器学习算法迅速定位出适合的扎针点,提高静脉穿刺效率,实现扎针采血过程 “更快”。

即使是肥胖、深色皮肤、休克病人、婴幼儿等肉眼难以被观察到皮下静脉的特殊群体,在近红外光下也能清晰可见。利用近红外成像,使机器人像拥有 “天眼” 一样,能够快速识别患者注射区域的静脉分布信息。

第二,有效识别静脉深度的超声探头,使机器人扎得 “更精准”。

通常在判断静脉血管的位置时,医护人员通过目测以及手感来 “推测”。结合近红外和超声成像,该机器人可以将血管的走向和深度转化为精准的 “坐标”。

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图丨多模态图像引导静脉穿刺机器人系统(来源:受访者)

基于独特的成像原理,近红外和超声可以不受环境光的干扰,清晰辨识患者皮下浅静脉血管并识别血管深度。

“超声辅助机器人穿刺一直是手术机器人的热门研究方向,我们结合图像处理技术和机器学习方法,与超声设备厂家的工程师不断交流,致力于找到图像更稳定、处理速度更快的超声定位解决方案。” 齐鹏告诉 DeepTech。

第三,小型、灵巧机器人系统实现自动化扎针采血,标准化操作让扎针 “更稳定”。

静脉穿刺机器人通过自身精确运行的机械系统,可以将穿刺针的定位误差控制在 0.2mm 以内。在对血管进行精准成像的基础上,机器人可将穿刺针的针尖精准、稳定地送到血管腔的中央。

此外,齐鹏团队还结合成本考虑,将力控传感器从物理手段硬件上的监控转变为算法上的 “虚拟传感器”。

▍针对疫情防控实际需求,立足解决科学问题

齐鹏博士毕业于英国伦敦国王学院机器人专业,师从医疗机器人专家 Kaspar Althoefer 教授和机构学与机器人领域专家戴建生教授。

他曾任新加坡国立大学生物医学工程系研究员、香港中文大学访问学者,有近十年从事医疗机器人血管介入穿刺研究的经历。研究方向包括医疗机器人、机器学习、智能传感与交互等。

2016 年,齐鹏博士回国到同济大学工作,其特别提到加入由葛均波院士发起的中国心血管医生创新俱乐部,使他在医工交叉合作中不断发现临床痛点,逐渐形成跨学科思维,运用工程技术解决问题。

疫情期间,齐鹏关注到医护人员因穿戴防护服、护目镜等扎针不便,人手短缺的情况。特别是扎针采血时医患近距离接触,会增加医护人员被感染的风险。“无接触、扎针难” 成为一个亟待解决的问题。

“疫情当前,当看到医护人员纷纷请缨赴前线,我深受感动。虽然无法奔赴前线,作为科研人员也要为抗疫尽一份力,所以我们决定自主研发扎针采血机器人。”

2020 年 3 月,该项目正式启动,齐鹏团队由医学、计算机、软件、控制、机械、交互设计等多学科背景的研究人员组成。

齐鹏告诉 DeepTech,“在高校中,我们是作为技术的引领,从科学问题出发,不断突破创新,探索新的技术,更好地解决实际问题。同时,培养具有夯实技术背景和创新思维的学生,从事医疗机器人的研发工作。”

▍多场景、多中心实验将同步进行

齐鹏表示,目前扎针采血机器人项目已迭代研发出多款原型机,春节过后会陆续与各合作医院开展联合实验。“我们愿意敞开合作,与各领域专家和资源共同推进这一项应用的落地发展。”

一方面是针对普通人扎针采血的大范围实验测试,以确定它的准确率、效率。

另一方面是针对特殊群体的扎针采血,包括肥胖、深色皮肤、休克病人、婴幼儿等患者。尤其是婴幼儿由于血管细的生理特征,护士往往难以精准扎针,多次扎针可能会造成皮下组织受损等。

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图丨扎针采血机器人(来源:受访者)

齐鹏曾和某儿童医院的医生交流过,对婴幼儿群体的自动精准扎针的需求非常迫切。

“即使是有二三十年扎针经验的医护人员,在面对婴幼儿扎针的时候,也经常困难重重,这给我很大的触动。不管是最初针对疫情防控的考虑,还是今后针对这些特殊人群的扎针问题,自动穿刺采血技术将对医护人员和患者都是非常有意义的。”齐鹏说。

此外,扎针采血技术可应用的场景很多。比如,医院里一些临床专业的学生有给动物扎针的任务。从操作来说很困难,有可能三四个小时都没成功,而自动扎针机器人能很好地解决这个问题。

据了解,实验将在多个实验中心同步进行,根据实验结果反馈,机器人的软硬件将继续升级迭代,这项测试工作预计将在两年内完成。

齐鹏表示,针对特殊人群的精准度实验可能会是难点,会根据实验结果随时在程序和技术上调整机器设计。目前的机器设计已经更迭了两代,现在正在做第三代版本的设计升级。根据场景中遇到的各种情况,将会逐渐解决和优化各项功能。

“我们不断地做实验,根据场景需要创新设计不同的机械结构。针对动物实验、普通人群、深色皮肤、休克病人、婴幼儿等不同类型的人群设计出不同的机器人产品,这样可以最大限度的满足不同的人群。”齐鹏说。

▍“你敢让机器人扎针吗?”

由于人们对扎针采血机器人心理上接受程度不同,所以可能还需要一段适应和接受的时间。齐鹏团队将自动扎针采血机器人的模拟视频在网上发布,“你敢让机器人扎针吗?” 一度成为热议话题。

齐鹏认为,机器人的应用场景十分重要,与 “是否愿意让机器人扎针” 相比,“疫情中是否愿意配合机器人扎针” 问得更加贴切,也许会收到截然不同的回答。

下一步,齐鹏团队正在和同济大学设计与创意艺术学院就交互设计进行合作。将机器人的外观设计得更加美观和人性化,这样人们在心理上才更容易接受。

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图丨扎针采血机器人(来源:受访者)

提及正在开展的机器人技术智库课题,他认为,医疗机器人是适合在特殊场景下应用,并不是为了完全替代医生,而是更好地辅助医生开展医疗操作,减轻医生的工作负担,提高手术的精准性。

“在我看来,医疗、康养是未来机器人应用的蓝海。而从前的工业机器人已经发展了几十年,也许再过几十年,机器人基本上就属于标准标配化、常态化的东西了。”齐鹏说。

扎针穿刺技术是相通的,所以在医院的脊柱外科、心胸外科、肺科等科室都有大量的自动化介入穿刺需求。

齐鹏表示,接下来将重点关注技术研发,“可能不需要非得‘无人化’,只要能精准地帮助医生找到扎针的位置就可以。既然有了扎针采血机器人的基础,我们将继续做下去,希望通过机器人技术解决更多的临床痛点。”

责任编辑:lq

原文标题:同济大学团队研发自动扎针机器人,已获8项专利!多学科背景助力实现自动静脉穿刺“快准稳”

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