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遥操作医疗辅助机器人:为新冠隔离病房诊治提供更安全高效的技术支持

发布时间:2020-08-31 阅读数:1989

       在新型冠状病毒肺炎(COVID-19)隔离病房的诊疗过程中,一线医护人员因直接接触患者导致院内感染的风险极大,如何降低感染发生率是一个重大挑战。而利用智能机器人技术来辅助甚至代替医护人员进行感染患者的诊疗工作,可以减少医护人员与患者的接触次数与劳动强度,有效降低院内交叉感染的风险。

       浙江省自然科学基金杰出青年科学基金项目的支持下, 浙江大学流体动力与机电系统国家重点实验室杨赓团队将机器人遥操作技术应用于新型冠状病毒的诊治,集成设计了一款集日常看护、物品消毒、心理干预和远程诊疗为一体的“遥操作医疗辅助机器人”(图1)。该成果作为Research Highlight发表在《中国机械工程学报(英文版)》2020年“Keep Healthcare Workers Safe: Application of Teleoperated Robot inIsolation Ward for COVID-19 Prevention and Control”一文中。

图1 杨赓团队和集成开发的遥操作医疗辅助机器人


       通过可穿戴设备捕捉医护人员的肢体动作和手部动作,识别医护人员操作意图,可对双臂机器人进行遥操作控制、远程协助或替代医护人员在隔离病房中执行常规护理任务(图2)。同时可根据具体场景需求在机械臂末端安装各类小型诊疗设备(如多普勒超声听诊探头、手持式消毒灯、触控电容笔等),相比于单机械臂操作,双臂协同操作功能性更强,应用场景更全面。此外,基于所开发的远程问诊系统和表情识别技术,可以实现医护人员的日常非接触式问诊以及患者表情及情绪状态的采集分析,为后期患者心理干预指导提供数据支撑。


图2 遥操作机器人整体系统框架示意图


       目前,该遥操作机器人系统已经实现的功能有:

       1)遥操作远程听诊

       在机器人的机械臂末端安装多普勒超声听诊设备,医护人员在远端控制机器人末端的听诊设备接触病人身体听诊部位,通过蓝牙实时将听诊信号传送给远端医护人员,实现远程听诊;

       2)遥操作物品递送

       通过捕捉操作者上肢运动控制机械臂运动,并通过捕捉操作者手指动作遥操作夹具开合,从机器人两侧储物箱中夹取必需物品(如药品、体温计、消毒剂等)递送给病人,实现远端物品递送;

3)遥操作常规医疗仪器操作

       通过在机械臂的末端加装可以触控常规医疗仪器面板的触控笔,操作人员在隔离病房外遥操作控制机械臂进行触屏仪器的操作,机械臂单指按压实现仪器实体按键的操作,双指夹持旋转实现仪器旋钮操作;

4)非接触式问诊及情绪监控

       通过在集成于机器人前方的智能平板上部署音视频通讯系统和智能语音唤醒功能,实现病患之间的非接触式问诊,此外部署基于深度神经网络的情绪识别系统,实现患者日常情绪识别和记录分析。

       该技术成果有效避免了医护人员直接暴露于新型冠状病毒环境,不仅减少了医护人员频繁进入隔离病房引起感染的风险,而且提高了诊疗效率,减少了医护工作量和冗余负担。目前该项技术成果在获得临床实验伦理审查批复的前提下,已经在浙江大学附属第一医院教学科研中心进行了功能调试,并在浙江大学医学院附属第一医院急救中心进行了临床使用功能验证(图3)。


图3 浙江大学医学院附属第一医院临床功能验证

 
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