李少強，劉 浩，郭文亮，周圓圓，李時悅

(1. 廣州呼吸健康研究院 廣州醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院呼吸與危重癥科，廣東 廣州 510120； 2. 機器人學(xué)國家重點實驗室 中國科學(xué)院沈陽自動化研究所，遼寧 沈陽 110016)

自2019年12月以來，新型冠狀病毒肺炎(COVID-19)在武漢暴發(fā)并在全國迅速蔓延，至2020年3月全國有3 019名醫(yī)務(wù)人員感染新型冠狀病毒，1 716名確診為COVID-19，其中存在大量職業(yè)暴露導(dǎo)致的感染[1]。COVID-19傳播的主要途徑是呼吸道飛沫和密切接觸，醫(yī)護人員在救治患者時，處于相對密閉的環(huán)境，長時間暴露于高濃度氣溶膠，也可能通過氣溶膠途徑被感染，對患者進行呼吸支持治療時，與患者近距離接觸，盡管有標準的職業(yè)防護，但仍面臨著較大的感染風(fēng)險、工作負擔(dān)和心理負擔(dān)[2]。

如果有可以遠程操控或者全自動化機器人替代醫(yī)務(wù)人員工作，參與到COVID-19戰(zhàn)疫之中，可減少醫(yī)護人員與感染患者近距離接觸的時間，以及暴露于空氣中高濃度飛沫、氣溶膠的時間，從而降低潛在感染的風(fēng)險，減輕醫(yī)務(wù)人員心理負擔(dān)、工作負擔(dān)，提高醫(yī)務(wù)人員的工作效率，減少醫(yī)源性交叉感染的概率。面對疫情，中國政府一直在努力，2月初，工信部發(fā)布《充分發(fā)揮人工智能賦能效用協(xié)力抗擊新型冠狀病毒感染的肺炎疫情倡議書》，促進、推動智能機器人更好地投入抗疫行動中[3]。慶幸的是，新冠肺炎疫情期間，陸陸續(xù)續(xù)已報道有多種機器人參與到臨床、護理、檢查、生活工作中，如超聲機器人、咽拭子采集機器人、消毒機器人、保潔機器人、物流機器人等，現(xiàn)將智能機器人在新冠肺炎疫情期間的應(yīng)用情況逐一介紹。相信在不久的未來，還將有插管機器人、支氣管鏡機器人、搬運機器人等投入使用。

1 治療方面

目前，智能插管、吸痰等呼吸支持治療機器人仍處于研發(fā)階段，國內(nèi)外較少報道此類智能機器人運用于實際臨床。

1.1 吸痰機器人 2013年，日本ULVAC機工株式會社開發(fā)了不影響患者人工氣道呼吸狀態(tài)的自動痰液吸引系統(tǒng)，但由于操作不便，吸痰位置局限于人工氣道口等，不能達到良好的效果，均未能完全替代人工吸痰操作[4]。2015年，譚文君等[5]研發(fā)了智能吸痰機器人，采用機械臂和手的仿真轉(zhuǎn)動模擬真實吸痰動作，在模型上可有效吸出模擬痰。該團隊根據(jù)前期的實驗，改良了吸痰機器人運動單元機械臂，機械臂吸痰操作過程中較前更穩(wěn)定，送管成功率較前提高。

1.2 插管機器人 2010年，Tighe等[6]首次提出氣管插管機器人概念，運用達芬奇手術(shù)機器人對人體模型完成氣管插管操作，但此設(shè)備龐大昂貴，僅能在手術(shù)室麻醉狀態(tài)的插管中使用。2018年，王新宇等[7]研發(fā)遠程ETI，研發(fā)出小巧靈活和便攜的遠程機器人輔助插管系統(tǒng)(RRAIS)，并進行動物實驗，機器人系統(tǒng)在絕對數(shù)字上比人工直接喉鏡插管獲得了更高的首過率和總體成功率。

國內(nèi)外研究通過人體模型或動物試驗驗證了吸痰、插管機器人系統(tǒng)的可行性和較高的成功率，但這些插管機器人仍處于半自動階段，需要人工將機器和氣管插管放入口中等操作，不能實現(xiàn)完全的、無人工干預(yù)的操作，在傳染病疫情中使用價值有限。

2 護理方面

在新冠肺炎疫情期間，由于湖北各地疫情呈爆發(fā)式發(fā)展，當(dāng)?shù)蒯t(yī)療資源出現(xiàn)明顯短缺。同時，湖北省武漢市的醫(yī)護人員作為抗擊COVID-19第一線的戰(zhàn)士，承受著巨大的工作壓力和心理壓力[8]。種種因素影響下，醫(yī)護人員的工作效率也受到影響。在此情況下不禁思考，當(dāng)今智能化設(shè)備種類繁多，關(guān)于醫(yī)療機器人也有報道，在抗疫第一線能否通過使用智能機器人減輕醫(yī)護人員的負擔(dān)，現(xiàn)將現(xiàn)有的醫(yī)療機器人介紹如下。

2.1 靜脈穿刺機器人 通過靜脈穿刺輸送液體或獲取血液樣本是最常見的臨床常規(guī)操作。醫(yī)護人員往往依賴手工靜脈穿刺技術(shù)，但其成功率很大程度上取決于操作者的操作水平和患者的生理表現(xiàn)，在兒童、老年人、慢性病患者和肥胖患者身上操作對操作者有更高的要求。2000年，Zivanovic等[9]報道其研發(fā)成果，一種自動采集前臂血樣的機器人系統(tǒng)，并討論了初步結(jié)果，證明該系統(tǒng)的可行性。2009年，Zivanovic等開發(fā)的采血機器人Bloodbot，根據(jù)不同的組織彈性，利用手臂靜脈探測器，將目標靜脈和周圍組織區(qū)分開來，精確定位靜脈穿刺點，但其需要醫(yī)護人員調(diào)整扎針機器部件的傾斜角度。Richard Harris在2010年開發(fā)了一種采血機器人VEEBOT,采血準確率可達83%[10]。Balter等[11]研制的機器人靜脈穿刺裝置，采用近紅外和超聲成像技術(shù)掃描選擇合適的注射部位，并采用9自由度機器人根據(jù)圖像和力引導(dǎo)將針頭插入血管中心，還開發(fā)了一種醫(yī)療設(shè)備，通過抽血和在護理點以全自動方式提供診斷結(jié)果，實現(xiàn)端到端的血液檢測，將一個圖像引導(dǎo)的靜脈穿刺機器人與一個執(zhí)行診斷分析的微離心和光學(xué)檢測平臺相結(jié)合。

2.2 配藥機器人 配藥是每個護理人員都需要掌握的一項技能?？挂咭痪€，由于病患多，醫(yī)護人員緊缺，操作環(huán)境差等因素，工作隱患較多，其中在靜脈輸液配藥過程中，往往存在保護不足，藥物污染、空氣污染和環(huán)境污染等一系列隱患。國內(nèi)2017年周宏珍等[12]研究結(jié)果表明，與人工相比，智能靜脈用藥配置機器人的配液效率和精確率更高，且極大地減少了由于配藥環(huán)節(jié)造成的職業(yè)損傷，但該研究存在研究對象較為局限，研究時間較短等缺點。

上海市仁濟醫(yī)院日間化療中心嘗試使用機器人護士進行配藥，護理人員只要從電腦中調(diào)取患者需要的處方二維碼并準備好藥劑、輸液袋等設(shè)備，機器人護士就會在完成掃描后立即進行配藥，會按照設(shè)置確認每瓶藥的定量配置，同時在上面完整的將患者信息、藥品名稱以及具體用法都標記清楚，整個過程僅花費1 min，快速且精準[13]?？梢娕渌帣C器人的使用能夠提高護士工作效率，減少藥物殘留和配藥錯誤的發(fā)生；藥液配制過程中人與藥物完全隔離，減少護士暴露機會，減少醫(yī)院感染發(fā)生；工作效率提高后，護理人員擁有更多的時間用于患者的其他服務(wù)。

2.3 飲食護理機器人 早在1998年Mike Topping公司就已研制出第一款低成本商業(yè)康復(fù)機器人“Handy 1”，該機器人包括一個5自由度的機械臂和1個激光掃描系統(tǒng)，可用于多項任務(wù)，包括喂食輔助。

國內(nèi)飲食護理機器人的研究相對落后，2006海軍工程大學(xué)研制出可控式用餐機，同年哈爾濱工程大學(xué)研制出一款新型助餐機器人My Table，但是二者都需進一步完善才能實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化[14]。2012年李彥濤[15]提出助餐機器人樣機研制及控制研究。盡管飲食護理機器人對于重癥及殘疾或老年患者能夠提供必要的幫助，減輕醫(yī)護人員負擔(dān)，使得醫(yī)護人員能將更多精力投入到臨床工作中，但此類機器人存在一些缺點，如售價高，功能較單一，便攜性和對不同使用環(huán)境的適應(yīng)性不足等。此外，機器人的安全性有待提高。

2.4 其他 除上面三大類護理機器人，筆者還發(fā)現(xiàn)許多其他類型的護理機器人，這些機器人也具有應(yīng)用于臨床工作的潛力。如監(jiān)控機器人不僅可用作家庭服務(wù)機器人，也可以用來減輕護士對患者的持續(xù)檢查和生命體征的記錄。尿液輸出監(jiān)測系統(tǒng)用于監(jiān)測患者的尿液輸出，在緊急情況下發(fā)出警告，并自動清空樣本(Otero、Apalkov、Fernández和Armada，2014)。另外，2013年Kuroda等[16]提出了一種臨床傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以代替護士完成輸入數(shù)據(jù)的任務(wù)，在主觀和客觀上都提高了護理過程的效率和安全性。Kangasniemi等[17]提到一種智能靜脈泵，目前主要用于注射放射性制劑，可提高整體護理滿意度。2019年國內(nèi)劉文勇等[18]研究指出，目前有一家醫(yī)院和兩家護理機構(gòu)正在試用護理服務(wù)機器“智能護理車”(intelligent care cart)，該款智能護理車采用模塊化設(shè)計，醫(yī)護人員可以通過智能手機將其召喚到所需的房間，并根據(jù)不同的應(yīng)用場景快速進行配置?？梢姮F(xiàn)今關(guān)于護理機器人的研究繁多，成果顯著，甚至部分護理機器人已經(jīng)成功產(chǎn)業(yè)化。在疫情一線醫(yī)護資源緊缺，醫(yī)護人員壓力巨大的情況下，有效靈活地使用智能機器人具有緩解人員緊張情形，使得醫(yī)護人員能把精力投入最需要的工作，提高工作效率，彌補護理工作不足等優(yōu)點。

3 檢查方面

在新冠肺炎疫情期間，投入抗疫戰(zhàn)斗檢查的機器人有超聲機器人和咽拭子機器人。

3.1 超聲機器人 超聲檢查是一種非常有用的診斷工具，其具有非傾入性、價格便宜、可移動便攜、不產(chǎn)生電離輻射等特點，被廣泛應(yīng)用在臨床檢查中。超聲機器人還具有的以下優(yōu)點：(1)可以將超聲檢查的時間提前，為危重患者的緊急治療提供信息。在院前急救中，遠程超聲有助于實現(xiàn)快速檢傷，可以增強醫(yī)生的預(yù)診能力，為搶救生命贏得時間。(2)可以實現(xiàn)無需出遠門就在當(dāng)?shù)亟邮茚t(yī)療專家的檢查，使優(yōu)質(zhì)醫(yī)療資源下沉。遠程超聲技術(shù)的實現(xiàn)，順應(yīng)了國家分級診療制度的推進，補充了基層醫(yī)療資源，實現(xiàn)了醫(yī)療資源的優(yōu)化配置，減輕了患者的經(jīng)濟負擔(dān)。

2018年劉延花等[19]比較超聲機器人和傳統(tǒng)超聲檢查的差異，檢查42例志愿者的消化系統(tǒng)及泌尿系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)機器人法及傳統(tǒng)方法的超聲圖像質(zhì)量差異無統(tǒng)計學(xué)意義，而機器人法較傳統(tǒng)方法檢查時間多6 min左右。在新冠肺炎疫情期間，2020年2月全國首例5G超聲機器人遠程操作在浙江省人民醫(yī)院成功實施,隨后應(yīng)用于湖北疫情一線[20]。

超聲機器人在常規(guī)疾病診斷結(jié)果，以及獲取的圖像質(zhì)量方面與傳統(tǒng)超聲檢查有較高的一致性，新型冠狀病毒疫情期間，超聲機器人具有對病人進行檢查的應(yīng)用價值。

3.2 咽拭子機器人 廣東省疾病預(yù)防控制中心和中山大學(xué)對17例COVID-19患者進行研究，發(fā)現(xiàn)患者在感染新型冠狀病毒后不久即可在上呼吸道檢測到新型冠狀病毒載量[21]?！缎滦凸跔畈《痉窝自\療方案(試行第七版)》[2]就將呼吸道拭子核酸檢測作為新型冠狀病毒核酸檢測重要的確診標準之一，并且檢測下呼吸道標本(痰或氣道抽取物)更準確。

咽拭子機器人還具有以下優(yōu)點：(1)采集簡便、早期識別、易普及。上呼吸道拭子核酸檢測只需30 s即可采集完成，無需借助任何儀器設(shè)備。在COVID-19此類急性呼吸道傳染病傳播時，對已有明顯癥狀或重癥患者進行下呼吸道樣本核酸檢測，其敏感性較強，而對早期發(fā)病甚至無癥狀患者進行檢測，則其敏感性較差[22]。因此，呼吸道拭子核酸檢測依然在基層排查和臨床確診工作中具有極高的優(yōu)勢和地位。(2)降低假陰性。盡管目前的學(xué)術(shù)觀點認為鼻咽拭子的檢測效能比咽拭子更高，但不同的病期、不同病情、不同部位患者病毒載量有所差異。研究[23]表明，同時采集鼻咽拭子和咽拭子并且增加采樣次數(shù)能減少假陰性。另外，由于醫(yī)務(wù)人員在采集咽拭子標本時直面患者口腔，擔(dān)心患者飛沫和氣溶膠會傳播擴散病毒，容易在采集咽拭子時操作粗糙、或者取樣時間較短，導(dǎo)致咽拭子假陰性[24]。若醫(yī)務(wù)人員可與患者保持一定距離采樣，能夠更好地保護醫(yī)護人員避免交叉感染，同時咽拭子智能機器人統(tǒng)一了采集的方式，勢必能更加規(guī)范采樣操作，獲得更高質(zhì)量的標本。(3)不良反應(yīng)少，患者易配合。做鼻咽拭子時無法直視患者鼻腔、鼻咽內(nèi)部，操作需要一定經(jīng)驗和手感，部分患者對鼻咽拭子耐受性差，不易配合，容易發(fā)生出血等不良反應(yīng)，而咽拭子為可直視下操作，不良反應(yīng)少，更容易讓患者配合及接受。

2020年2月，新冠肺炎疫情期間國內(nèi)首臺咽拭子采樣機器人由廣州呼吸健康研究院鐘南山院士團隊與中科院沈陽自動化研究所聯(lián)合研制成功，并于3月開展了臨床試驗，結(jié)果顯示，機器人咽拭子采樣可以達到較高的質(zhì)量且受試者無不良反應(yīng)[25]。

4 生活管理方面

在新冠肺炎疫情期間，由于病患人數(shù)激增，以及民眾的恐慌心理等，疫情嚴重的城市存在醫(yī)療場所擁擠，醫(yī)療資源不足等問題，對于醫(yī)院的管理難度也大大增加。介紹幾類機器人，其能協(xié)助一線工作人員解決部分生活管理問題，同時降低工作人員被感染的可能性。

4.1 消毒保潔 消毒保潔是一項暴露風(fēng)險高的工作，尤其在疫情期間，無論是在戶外場所或醫(yī)院，工作者都有極大的暴露風(fēng)險。消毒機器人在突發(fā)不明原因疫情中的應(yīng)用具有特殊優(yōu)勢，其發(fā)展歷史較長， 技術(shù)更成熟。國內(nèi)2003年急性嚴重呼吸綜合征期間王立權(quán)等[26]曾報道了一款“護士助手機器人”，隔離病區(qū)以外的工作人員通過搖控圖像信號遙控機器人，機器人到達隔離病區(qū)的任何位置完成垃圾處理并對相應(yīng)地點進行清潔消毒，還可以運送醫(yī)療器械和設(shè)備，運送試驗樣品及試驗結(jié)果，為患者送藥品、送飯及生活用品等。據(jù)媒體報道，已有多款消毒機器人投入武漢一線使用，國產(chǎn)的多型智能化機器人如鈦米智能消毒機器人，以及國外如丹麥UVD消毒機器人等[27]。同時，也有以往應(yīng)用于其他領(lǐng)域的無人機用于遠程測溫、空中噴灑消毒等[28]。智能機器人的使用，減少了醫(yī)護人員與被污染物品和環(huán)境的接觸，降低醫(yī)護人員被感染的可能性。

4.2 派發(fā)物品 早在1989年美國就開始使用一款移動式護理機器人“HelpMate”，負責(zé)將餐盤從餐廳送到護理站，其擁有避障和自主導(dǎo)航等功能，能有效完成醫(yī)用物品等運送任務(wù)[29]。繼而陸續(xù)有各種負責(zé)病房分配食物、藥物以及取走垃圾等機器人誕生。這類機器人代替醫(yī)護人員派發(fā)物品、食品、藥品，使醫(yī)護人員能將更多精力投入患者的治療和護理。

4.3 搬運 在國內(nèi)，患者的轉(zhuǎn)運仍然沿用傳統(tǒng)的方式,依靠醫(yī)護人員或家屬將患者抬、扶、抱到擔(dān)架或輪椅車上，需要2～3名護理人員共同操作才可以完成。一方面，一些重癥患者或者殘疾患者在搬運過程中如果操作不慎，易引起患者的再損傷，甚至生命危險。另一方面，經(jīng)常抱、抬患者，加重護理人員的工作強度，長此以往也會危害到護理人員的背部骨骼和肌肉，發(fā)生腰肌損傷。2009年張西正等提及日本機械工程研究所開發(fā)的“MELKONG”護理機器人,專門用來照顧那些不便走動的患者，該機器人可以輕松而平穩(wěn)地將患者從床上托起,并將其送往衛(wèi)生間、浴室或餐廳[30]。還有一系列機器人，如機器人Robear可以將老人從床上帶到輪椅上，為日常生活提供基本護理；SAM具有看門的功能，還可導(dǎo)航、監(jiān)控、遠程監(jiān)測摔跤風(fēng)險等[31]，可以幫助患者傳遞物品，不僅方便了患者，還有利于醫(yī)護人員將更多的精力從繁雜的事務(wù)中轉(zhuǎn)移到患者的疾病恢復(fù)和心理關(guān)懷上。

5 疫情宣教與引導(dǎo)防控相關(guān)的機器人

在新型冠狀病毒流行期間，由于疫情的蔓延，造成一定的社會恐慌。所以，加強有效的社會科普，能加深人民群眾對疾病的認知及了解，減少社會的恐慌。以下類型的機器人用于疫情宣教與引導(dǎo)防控。

5.1 引導(dǎo)防控的智能機器人 2020年2月，阿里巴巴推出的客服智能對話機器人[32]與多個省市政府的衛(wèi)健委合作，該類機器人最重要的功能是提供“在線疫情知識問答”，無停歇地為所有咨詢的用戶提供全天候的準確回答，能有效緩解政府工作人員在抗疫期間的服務(wù)壓力，提高全社會對疾病的認知，了解到最新的資訊，減少社會群體的焦慮。同樣，隨后投入使用的騰訊政務(wù)聯(lián)絡(luò)機器人也具有相關(guān)功能。

5.2 社區(qū)防控智能機器人 社區(qū)防控是打贏疫情防控阻擊戰(zhàn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，技術(shù)支撐將起到至關(guān)重要的作用。京東數(shù)字科技集團[33]與360金融分別在疫情暴發(fā)初期2020年2月已開發(fā)出智能外呼機器人、疫情問詢機器人、良研問卷等智能工具，可對公眾進行一對一的主動電話呼叫，用于排查、通知、回訪，幫助疾控系統(tǒng)開展信息采集工作，大幅提高人工效率，包括流動人員排查機器人、本地居民排查機器人、特定人群通知機器人、政府工作上報和監(jiān)督機器人定人群通知機器人、政府工作上報和監(jiān)督機器人。

5.3 加強疫情宣教的智能機器人 加強全社會對疾病的認知有助于進一步的防控疫情，以往應(yīng)用于其他領(lǐng)域的無人機系統(tǒng)，疫情期間也在多個高風(fēng)險地區(qū)進行疫情防控宣傳教育[27]。如對不戴口罩、四處串門的居民進行勸阻，無人機將不戴口罩外出的居民勸回室內(nèi)。

6 面臨的困難與展望

誠然，智能機器人在疫情中應(yīng)用仍存在一定的困難及挑戰(zhàn)：(1)智能機器人應(yīng)用成本仍較高；(2)智能機器人對網(wǎng)絡(luò)技術(shù)要求高(5G/高速藍牙等)，不同地區(qū)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)存在差異；(3)醫(yī)院應(yīng)用涉及醫(yī)院感染管理的要求；(4)醫(yī)療應(yīng)用環(huán)境的復(fù)雜性等。

智能機器人可以減少醫(yī)務(wù)人員工作量及交叉感染風(fēng)險，面臨的所有挑戰(zhàn)都值得努力解決。未來，智能機器人智能化程度、遠程操作的距離、精準化控制等將改進得越來越好。在滿足醫(yī)療需求的前提下，智能機器人能更好地應(yīng)用于治療、護理、宣傳。

7 結(jié)語

隨著科技抗疫的全面開展，醫(yī)療與智能機器人的有效結(jié)合，深化應(yīng)用于臨床、護理、檢查、生活管理、疫情宣教引導(dǎo)等，解決了很多醫(yī)療上難以突破的技術(shù)問題。對新冠肺炎疫情的控制能帶來1+1大于2的有利影響，值得重視以及推廣。

致謝：感謝李時悅教授團隊研究生蔡嘉慧、劉經(jīng)偉、肖珠琳、郭祖源的調(diào)研幫助。