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。
“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、项目负责人齐鹏对 DeepTech 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。
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”。
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。
图丨齐鹏（来源：受访者）
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。
图丨自动扎针采血机器人项目团队（来源：受访者）
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。
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。
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。”
作者：刘雅坤
本文摘自“DeepTech深科技”微信公众号，2021年2月20日
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