天工、夸父、轩辕、逐日、神农……4月19日鑫赢智投，人类马拉松运动员与人形机器人马拉松“跑者”首次同时站在了同一赛道的起跑线上。
其实，随着科技的发展，机器人的“赛场”早就拓展到社会生活的诸多领域。其中，就包括医疗。
当手术刀被永不颤抖的“钢铁之手”所操控，无影灯下开启一场新的生死对决；当机械骨骼唤醒沉睡的神经，休眠多时的四肢开始重新感受生命的温度；当冰冷器械拥有了“超视力”，医学影像迎来新的革命……从诊断机器人、手术机器人到康复机器人，各种各样的医疗机器人正在让现代医学跨越血与肉的边界，在精密计算后续写着生命的传奇。
作为医疗机器人领域的耕耘者，中国科学院自动化研究所研究员侯增广多年来带领团队，不断为金属器械赋予智慧与技能，唤醒沉睡的神经，谱写着生命的拯救代码。
国际神经网络学会丹尼斯·甘伯奖、国家自然科学奖、北京自然科学奖……在奖章荣誉背后，是他们对生命的不懈叩问。
超声机器人在基层进行颈动脉筛查。受访者供图
敢为人先
侯增广出生于中医世家。爷爷、父亲治病救人的场景，是他童年记忆中最闪亮的画面。儿时经历，影响了他的一生，他对医学始终有着特别的亲近，“医学技术是能促进人类福祉的事业。”
侯增广自己也没想到，在自动化领域学习工作了20多年后，他竟然以别样的方式与医学深度结缘。
2003年，在国外做访问教授期间，侯增广接触到了同步辐射光源设施，这是探索生物医学前沿的重大科学装置。国外广泛开展的自动化与医学结合的科研工作，为侯增广展现了新的科研路径。
如今，医工交叉已经成为科技创新的热点。20多年前，这还是国内少有人问津的新领域，自动化与医学的交叉探索，不仅不时髦，还意味着许多未知的风险。
35岁的侯增广面临着抉择：沿着老路研究机器人的智能控制算法，四平八稳；闯入新的医工交叉领域，摸着石头过河。
几经思考，侯增广选择了后者。
“科研最终还是要为社会服务，医学技术的发展能够为人类的健康服务。”这个选择，还藏着侯增广隐隐的“不服气”：在国际学术交流中，他能明显感受到中国在医疗器械领域的差距，他希望自己的“转型”，能带来些许改变。
彼时，中国老龄化的趋势日益明显，脑卒中、老年痴呆等造成的失能、半失能老人数量在逐年增加；与之相对应的是刚刚起步的康复医学事业，研发力量薄弱，康复产品单一，市场、理念亟须建立与完善，康复需求激增与传统医疗资源不足的矛盾凸显。
“康复需要新的技术手段，医生对康复技术和装备有需求，这种需求要借助工程科技人员来实现。”侯增广将转型后的第一个目标瞄向了康复机器人，希望通过研发新型康复器械，帮助治疗师提升脑卒中患者的康复能力。
卒中患者，多数会有不同程度的功能障碍，比如运动功能障碍、认知功能障碍、言语功能障碍等。这些功能障碍的本质是神经系统的损伤。侯增广和团队要做的，是利用机器人通过运动训练的手段来帮助患者实现功能恢复。
敢为人先，意味着要披荆斩棘。
进入一个全新的研究领域需要决心，更需要耐心。从软件算法到硬件系统，康复机器人的设计开发反复试错。经过近10年的沉心积累，侯增广才发表了康复机器人的第一篇国际期刊论文，“这个过程还是挺煎熬的。”
事实证明了侯增广研究的意义。目前，我国平均每10秒就有1人初发或复发脑卒中，40岁及以上人群脑卒中现患人数达1242万。
各种各样的康复机器人正在帮助他们。
按需辅助
要想让康复机器人完全替代康复治疗师的双手，安全性、舒适性、有效性，都需要团队的一一攻关。其中，安全性是基础。
“患者的运动能力是有限的，机器在跟患者发生接触的时候，我们要避免造成患者的二次损伤。”侯增广说。
这句话用更专业的术语来表述，那就是要想办法实现“人机运动的相容”，使机器的运动辅助人的运动鑫赢智投，同时保证与人的自然运动“不打架”。
在这一点上，团队成员、自动化所研究员程龙深有感触，他聚焦的是手部康复机器人的研发。手是人最复杂的器官之一，自由度多，空间尺寸小，无疑为人机运动相容的实现带来更大的挑战。
“我们在设计手的外骨骼的时候，必须考虑手指的转轴跟康复机器人的转轴能不能对上。”程龙解释，与大关节的康复相比，这两者的误差在手部康复中要被控制得更为严格。
侯增广研发的康复机器人，并不是带领患者一味地“埋头苦练”，而是想办法调动患者的主动康复积极性。
“患者主动参与康复训练，与被设备被动地带着训练，康复效果是有区别的，这一点在临床上已经有相关的证据。”侯增广说。
团队打磨时间最久的下肢康复机器人中，创造性地引入了脑电帽——戴上脑电帽，患者就可以通过想象来完成脑控的自主行动。
在上肢康复机器人中，患者在与虚拟界面的交互中，能被准确诊断出“此时此刻”的康复需求。“通过一些算法的加入，机器人能实时掌握患者的运动意图，可以通过传感器检测患者主动使了多大的劲儿，再精准匹配上最小的辅助力。”团队成员、自动化所副研究员王晨说。
每一款康复机器人问世的背后，都重复着团队成员无数次的“从头再来”。不过，在让人饱受挫折的实验周期里，也不时伴随着励志时刻：在中国康复研究中心进行实验时，一位试用者的积极反馈总能吸引来更多的患者争相参与实验，他们对新技术的渴求，深深地打动了团队每个成员。
“我找回了自己上下台阶的记忆。”一位卧床半年的高中女生的反馈，让团队成员、自动化所研究员王卫群常常感到安慰。他参与研发的下肢康复机器人，创造性地实现了多模式的步态训练，不仅能帮助患者练习地面行走，还能模拟上下台阶，极大地丰富了患者的康复体验。在下肢康复机器人的基础上，王卫群还针对脑卒中和脊髓损伤患者在不同康复阶段的需求，开发了全周期康复机器人，并获得了日内瓦国际发明展金奖。
实验中，患者要配合科研工作，长时间采集实验数据，因担心影响患者休息，王晨总会觉得有些愧疚。一次，患者的一句话，让王晨顿时卸下了心理包袱：“你们的研究，让我能直观地感受到自己的进步，我比你们更想看到实验数据。”她参与研发的上肢康复机器人已经获得了医疗器械注册证，将惠及更多患者。
“用科技赋能人民健康，大有可为。”侯增广说。凭借在康复机器人领域20多年的技术积累，侯增广牵头申报的“面向主被动康复训练的机器人控制理论与方法”，荣获北京市自然科学奖一等奖。
越来越多患者丧失的功能被唤醒，双手重新感受微风的吹拂，双脚再次踏上坚实的土地。
精准介入
2023年5月26日，第17届东方心脏病学会议在上海世博中心盛大开幕。
作为心脏病学领域最新理念和创新技术的展示盛会，开幕式上，中国科学院院士葛均波远程操控位于复旦大学附属中山医院手术室的血管介入手术机器人，顺利完成冠脉造影、导丝输送、光学相干断层影像检查、球囊扩张等手术操作，和医院的手术室团队一起成功为一位冠脉回旋支病变患者植入了可吸收支架。
不到一个小时的时间里，坐在台下的侯增广和团队成员全神贯注。相比较于淡定的老师，自动化所年轻的研究员们全程都捏着把汗。
在手术台上大放异彩的血管介入手术机器人是团队的又一研究成果。
“此次远程血管介入手术过程延时仅为8毫秒，操作中感觉不到任何延时。”葛均波的一席评价让团队每个人的心中都涌起一股欣慰和自豪。
提升患者的福祉，是促使侯增广“转型”的动力，也是他后续科研项目源源不断的灵感来源。血管介入手术机器人也不例外。
当人的冠状动脉狭窄时，血流就无法顺畅通过冠状动脉到达远端，导致远端心肌细胞死亡，从而引发心源性猝死或心脏骤停等情况。血管微创介入手术是近二三十年间发展起来的治疗这一疾病的新术式，也就是通过X光影像导航，将器械通过血管腔道递送至心脏冠状动脉的狭窄部位，通过球囊和支架扩张使血流恢复畅通。
由于手术器械非常细小，犹如针一样放置在围绕心肌的冠状血管中，因此该术式也被形象地称为“扎心”手术。
创伤小、恢复快，血管微创介入手术很快成为众多患者的首选。但医生们却面临不少挑战。由于手术需要在X射线的引导下进行，为了防辐射，医生要武装上20多斤的铅衣。动辄数小时的手术中，这么重的负担给医生带来的挑战可想而知。但是，即便是如此重的铅衣，也不能挡住所有的辐射。
受此困扰的临床医生找到侯增广团队，接到请求，团队想到的唯有“义不容辞”。
传统手术室里，通常是几位医生共同配合完成一例血管介入手术。这也意味着，医疗机器人要集成多只“手术之手”，还要从容不迫地根据实际情况来切换，背后的工作量可想而知。“我们需要模拟人的肘部动作来设计机械机构，同时加以智能控制，来实现我们想要的功能。”团队成员、自动化所研究员周小虎说。
血管介入手术机器人上岗后，不仅降低了医生的工作强度，还增加了医生操控的精度。“比如说，在到达病变处时，如果需要控制支架或者是球囊往前行进1毫米，医生手部的动作是很难达到如此高的精度，而通过机器人，就能实现精准控制。”周小虎不无骄傲地说，目前，机器人最高精度可以达到0.26毫米。
东方心脏病学大会上远程手术的成功，赋予了血管介入手术机器人新的应用场景。
“我们可以把机器人放到偏远地区的手术室里，大城市的专家足不出户，在原来熟悉的医院、熟悉的手术室，通过控制台，远端控制机器人就能完成手术，优质的医疗资源就这样下沉到基层。”周小虎说。
在科研人员的“调教”下，血管介入手术机器人变得越来越智能：团队利用安装在医生手上的传感器采集手术动作数据，将提取出的操作技巧迁移到机器人身上，进一步精进机器人的手术技能。
“经过十几年的努力，我们的手术机器人已经从第一代进化到第六代，从开始跟跑国外团队，到后来的并跑再到现在的领跑，我们可以自豪地说，中国团队在血管介入手术机器人领域，已经处于国际领先水平。”周小虎说，针对脑血管相关手术操作的第七代、第八代产品正在完善中。
无影灯下，钢铁之手在方寸之间大显身手。
手康复机器人。受访者供图
声触未来
坐在桌前，颈部靠近机械臂伸出的探头，三五分钟后，机器人就能完成扫查，半个小时后，患者即可获取自己颈动脉健康数据。
2019年，国外留学归来的王双翌加入侯增广团队，拓展了超声机器人这一新的方向，为医疗机器人的发展拓宽赛道。
超声扫查的典型案例就是人们最为熟悉的B超。作为一种无创、无辐射、低成本的医学成像方式，它却有个短板——影像质量的高低很大程度依赖于操作人员的个体经验。
在标准化实施维度，机器人显然有着绝对优势。
科研人员在调试上肢康复机器人。受访者供图
在大量学习了医生的操作手法、吸纳了医生前辈的扫查经验后，超声机器人具备了基本的上岗能力。在此基础上，王双翌和团队为机器人装上了能做出医学判断的“智能大脑”。
“我们将人工智能影像分析、现场操作人员的动作、机器人的自主决策等深入地融合在一起，实现了基于影像、位置、力觉信息等多模态信息的融合和决策。也就是说，机器人能根据自己当前的状态，自己判断下一步该做什么动作。”王双翌举例，比如机器人在扫查过程中，会根据颈动脉的成像情况，自主判断探头需不需要转动一定的角度、操作人员什么情况下该增加力道等。
智能的机器人，极大降低了超声扫查人员的专业门槛，社区护工、养老院护士都能轻松完成这一任务。
“颈动脉扫查能很好地服务于我国脑卒中百万减残工程，实现大规模、快速筛查。”在项目研发过程中，“让技术真正服务于民生”是王双翌最深的感慨。“对于基层来说，一个成熟的商用机械臂远不是最佳解决方案，我们还要考虑成本、考虑筛查的环境等。”经过与基层医疗人员的深入沟通，才有了便携式、轻量级超声机器人的独特设计。“我们希望，通过努力让所有的早期筛查变得更普惠，让人们在家门口就能享受到筛查服务，让‘防大于治’真正落地。”
团队的研究成果中，既有接地气的应用，也有高精尖的前沿探索。
2022年7月2日，解放军总医院第六医学中心会议室内，超声专家远程遥控位于解放军总医院第一医学中心的超声机器人；在超声机器人的精准定位和指引下，解放军总医院第一医学中心的医生将导丝顺利通过患者心脏的卵圆孔，圆满完成卵圆孔未闭封堵手术。
这是国际上首次应用远程超声机器人完成卵圆孔未闭封堵术，手术过程仅28分钟，全程零射线、零造影剂，避免了X射线对患者身体产生伤害。
在王双翌看来，远程超声机器人搭建起了基层医生与专家的沟通桥梁，基层的患者也能远程享受到高质量的专家医疗服务。
“医疗机器人的完善没有终点，医生不断给我们提出新的意见和需求，科研创新的脚步必须跟得上。”侯增广说。
在侯增广的团队里，“面向人民生命健康”不是一句口号，而是使命，更是担当。
记者：牛伟坤
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