脑洞打开 DIY一台手术机器人!

2015-08-03 19:44:02来源: 奇点网

    在2015年的今天,如果你要接受手术那么就必须去医院。但在Open Surgery Machine公司的设想中,未来我们可以自己动手完成阑尾切除这样的小手术。患者首先需要拥有一台MakerBot设备。这是一种开源的外科手术机器人,能够在无需医生介入干预的情况下安全地为患者实施简单、低成本的手术。接着,患者在Thingsverse网站上为MakerBot下载手术模板。如此一来,一台DIY手术就准备就绪了。

  OpenSurgery主要研究处于医疗卫生监管范围之外的DIY外科手术机器人,看看它们是否有替代专业医疗服务的可能性。本质上来说,弗兰克o科尔克曼(Frank Kolkman)仅仅想把外科手术机器人当做思想实验的一个关注焦点而已。可是,如果业余爱好者、工程师和替代性医疗保健产品设计师在网上形成了足够强大的力量,外科手术机器人能否像3D打印机和电脑数控铣床一样发展起来?科尔克曼说:“目前医疗保健系统用金钱和劳动力去衡量医疗卫生。通过挑战这个行业内在运转的社会经济学架构,我希望我的项目能唤起人们的关注。这个项目展示了一种替代性的医疗服务模式,希望这能让人们重新思考医疗卫生的社会价值。”

  1. 达芬奇很酷吗?也许她只是一个医疗创新的悖论

  

  在过去的十几年中,机器人已经改变了外科手术。机器人可以剥开葡萄表皮并将其熟练地缝合回去,而任何见识了这种技术的人都可以直观地感受到在外科手术中使用机器人能给人们带来的好处。像达芬奇机器人甚至可以完成时间更长、过程更复杂繁复的手术,而且机器人的精确度和灵敏度远超人类外科医生。另外,外科手术机器人可以减少患者外科创伤面积,为其提供更为舒适的外科手术体验。

 

  在这类简单的外科手术中,传统外科医生通常会在患者身上切出三个或者更多小型微创切口,然后向患者体内充入适量二氧化碳以便降低感染几率。接着,医生会利用微创切口和相关设备,在患者体内的某个部位开展手术。

  然而每台外科手术机器人的价格都超过两百万美元。这种昂贵的设备意味着大规模资本投入,只有集约利用才能保证性价比合理。另外只有外科手术机器人真的能够减少患者康复时间,它才值得上自己的身价。医疗创新带来的新的市场,而外科手术机器人正是适应了这个市场的产品。然而医疗创新驱动市场却间接增加了医疗成本,为不断增加的医疗费用“贡献”了自己的力量。

  即便像外科手术机器人这样新的技术能够扩大病人可使用医疗服务的范围,它采用的方式也是以昂贵医疗服务取代传统价格低廉医疗选项。这本身就是一种自相矛盾的模式。现在医疗资源总体匮乏,不可能为所有人提供医疗服务。为了能够享受医疗资源,数百万负担不起私人医保的人必须依靠公共医疗系统。可是,公共医疗系统却又很难满足如此大规模的需求。这样一来,很多人就彻底丧失了接触医疗服务的机会。

  科尔克曼是一名出生在荷兰的交互设计师,最近刚从伦敦的英国皇家艺术学院毕业。他说,Open Surgery Machine创立的灵感来源不是科幻小说,而是YouTube。YouTube在前文提到的困境中扮演了指示器的角色。因为专业医疗系统缺乏可负担的替代性方案,很多没有医保的美国人开始使用YouTube,分享一些可以自己对自己完成医疗治疗的技巧和措施。其中有一些技巧来自于经过验证的实验,另外一些技巧则以步骤式教程的形式出现。这些视频涉及的医疗服务范围很广,从补牙到完成小型业余手术,可谓内容丰富。当然,这一切都处于医疗卫生部门的监管之外。

  虽然充满争议,但是我们却不禁想知道这种DIY式医疗实用主义能否成为一种范本,逐渐推动能够替代昂贵专业医疗系统的更具有可及性医疗服务不断发展。在DIY式医疗实用主义理念中,人们可以在家中以接近专业医疗水平享受大部分医疗服务,无需被传统规则束缚。

  如果能够在受监管的医疗体系之外打造自己的DIY外科手术机器人,情况会是怎样的?

    2. 灰色技术:拼装一台基于开源的廉价手术机器人

 

  机器人领域已经多次尝试制造更为廉价且便携的外科手术机器人。从技术角度来讲,部分产品能够与目前在医疗系统使用的达芬奇机器人相媲美。不过,严苛的医疗监管规定使得这些产品通往外科手术室之路障碍重重。

  尤其值得一提的是RAVEN II Surgical机器人。这款设备最初由美国军队出资研发,旨在为战地手术打造一款便携式远程手术设备。这款机器人的两个翅膀看起来像是手臂,外观令人印象深刻。RAVEN II Surgical价值20万美元,差不多只有达芬奇机器人的十分之一。RAVEN II Surgical也采用了另一种完全不同的理念。所有用来操纵RAVEN II Surgical的软件都是开源产品,这意味着其他人可以根据自己的需求利用、改进或者重写这些软件。目前人们对这款专业的外科手术机器人控制软件的需求并不多,但开源性对高校研究人员意义重大。研究人员可以利用这款系统测试新的机器人手术理念,也可以研发新的软件。其实,开源的决定有其合理性:RAVEN II还需要一段时间才能让监管领域和商业世界完全接受。然而遗憾的是,这个机器人没有达到要监管部门要求对人类实施手术的安全和质量控制要求。

  虽然RAVEN II的故事很有启发性,但其20万美元的价格依旧超越了大部分医疗技术人员能够承担的范围。为了测试DIY外科手术机器人的优选性和合理性,过去五个月中科尔克曼一直尝试自己打造一台这样的设备。他使用的是激光切割和3D打印这样具有可及性的原型技术,并且尽可能利用他人设计好的部件。

 

 

  医疗领域专业人士和机器人专家表示,设计一个能执行腹腔镜手术的外科手术机器人主要有三大难题:首先是工具问题。手术期间,机器人需要更换不同类型的工具。因此机器人要么需要配置多种类型工具,要么采用可更换工具的结构设计。此外腹腔镜手术中使用的医疗器械都非常小,因此自制工具是一个非常大的挑战;第二个难题是确保任何接触人体的部件保持无菌状态,以便降低感染几率。医院使用的医疗器械由不锈钢打造,所以可以使用高压灭菌设备进行杀菌消毒。然而体积巨大的高压灭菌设备使用高压和热蒸气,一般人很难拥有这款产品;第三个难题是外科手术机器人要进行的转轴运动。机器人通过套管针在人体内完成手术,而套管针在手术中必须保持静止,从而避免患者组织损伤。

  实际上,研究人员可以轻易地在网上买到腹腔镜手术所需要的器材和工具。一开始科尔克曼从Ebay上订货,但是几次尝试均未成功。后来他转向阿里巴巴,在这里可以直接从中国制造商那里买到需要的产品。运输到美国的运费大约40美元,如果需要的话厂家还会采用无菌包装。从制造商那里直接订货能够保证货源稳定,还能订购不同类型的医疗器械和工具。这样不仅摆脱了设计的烦恼,也可以在使用完器械工具后将其丢弃,转而直接订购新一批产品。除了销售腹腔镜手术器械之外,阿里巴巴网站上的很多公司还出售价格相当实惠的外科手术器材设备,比如监控设备、相机模块和二氧化碳充气泵。

 

  在项目研究期间,科尔克曼还发现新的DIY方式。对于那些无法使用医院设备的人而言,他们可以简单地改造利用一下家中的设备以满足自己需求。比如,一个能家用烤箱可以持续四小时保持160度高温,这就使其成为了高压灭菌设备的简易替代产品。如果你想对塑料部件消毒,甚至还可以使用微波炉。

  如此来看,设计一个机械系统才是整个DIY过程中最为复杂的部分,因为这要求大量反复性试验和改进。科尔克曼选用了四个3D打印部件,控制设备则采用了两个可以围绕中心点做转轴运动的DC伺服电机。

 

 

 

  科尔克曼使用的电子信息系统主要是直接借鉴了网上3D社区内已有的设计。这不仅可以增加设计可及性,还能在需要的时候获得3D社区内其他人的技术支持。系统软件基于开源脚本语言Processing打造,为的也是增加可及性和获得必要支持。

  虽然科尔克曼的DIY手术机器人在五个月的调试和改进中有了一些进步,但并不推荐用它完成手术。这些DIY手术机器人还是需要由经过专业训练的外科医生或者其他了解熟悉人体解剖学和外科手术知识的人进行操作。相信未来也会有医生在网站社区分享类似的知识和技巧。

  不过要说明的是,DIY手术机器人的合法性依旧存疑,其优选性也存在争议。

    3. 游离于专利和监管之外的DIY手术机器人

 

  在DIY项目的启动阶段,科尔克曼打算把它做成开源项目。所以他花费了大量精力,确保不使用任何商业医疗机器人使用过的部件,并尝试研发自己的机械系统。然而实践表明,设计与外科手术机器人有关的部件和系统不可能完全不侵犯他人的知识产权。外科手术机器人的大部分基本理念已经申请了专利,因此的确在市场上也见不到太多类似的可替代产品。至少在专利权保护期内,很少见到替代产品的身影。

  当然申请知识产权没有任何过错。不过,大公司在设计概念和机械系统领域垄断了大量专利组合。这样的做法给医疗领域带来了极大麻烦,导致很多人无法享受到原本可以拯救性命的医疗服务和产品。另外,与医疗卫生有关的研究大部分属于公共资源出资,大公司的专利垄断使创业公司备受侵害。因为这意味着政府和纳税人承担了大量风险,最后却只收获了很少的收益。而且,专利权带来的费用问题也使得资金不足却具有颠覆性理念的创业公司很难进入医疗市场。所以这款外科机器人可能并不会走向商业化,因为在初期就因为专利权的问题被扼杀在摇篮里了。政府的创新政策打造了一个系统,里面的人们只会为值得的创新技术买单,却无视具有长远效率新理念的潜力。这种现实给创业者们带来了巨大挑战。

 

  不过DIY医疗设备具有巨大潜力。只要你能私下里制造受到知识产权保护的部件并将其用于非商业用途,那么理论上就可以规避专利侵权。当然,在网上分享类似系统文件的难度也会增加。可行的解决方案是使用点对点网络进行分享,保证文件只在私密性很强的社区之间流传。这样一来,就可以保证创新自由发展。除此之外,创业者还可以在监管和知识产权规定不那么严格,但是对DIY医疗设备需求巨大的地区进行研发。在这些地区,他们能够更自由的研发和测试技术,推动现有医疗系统以不同形式向前发展。

关键字:打开  机器人

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/medical_electronics/2015/0803/article_5935.html
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