數字健康也稱為數字化醫(yī)療，在當今的醫(yī)療保健中發(fā)揮著越來越重要的作用。一般來說，數字化醫(yī)療是指用于診斷疾病、管理疾病、識別患者的健康風險，并終將增強健康和提高生活質量的數字平臺，通過將軟件、硬件、網絡和傳感器整合到醫(yī)療保健交付系統(tǒng)中，促進醫(yī)療保健的數字化轉型。

近年來，隨著大數據、機器人、機器學習、人工智能（AI）等技術的進步，數字化醫(yī)療的發(fā)展更是如虎添翼。

醫(yī)療機器人重塑數字化醫(yī)療的明天

圖1：全球醫(yī)療機器人正在經歷高速發(fā)展過程（圖源：Business Research Company）

醫(yī)療機器人主要用于執(zhí)行困難、重復或需要極高精度的任務，其目標是增強和拓展人類的醫(yī)學能力，提高醫(yī)療實踐的整體有效性和效率。按照功能進行劃分，醫(yī)療機器人可分為手術機器人、康復機器人、診斷機器人、遠程機器人以及輔助機器人等類型。

醫(yī)院、門診手術中心和康復中心將是醫(yī)療機器人的主要終端用戶，其中，醫(yī)院約占市場份額的47%，其次是門診手術中心，占比為26%，康復中心約占23%。醫(yī)療機器人極突出的領域之一是在顯微手術中的應用，手術機器人通過提供更高的精度、更小的切口和更好的可見度來協助外科醫(yī)生完成非常精細的手術。

手術機器人的一些關鍵特征包括：

高精度。機器人可以比人手更精確地執(zhí)行復雜的精細手術任務。

使微創(chuàng)手術成為可能。手術機器人只需更小的切口即可完成任務，這種微創(chuàng)手術降低了患者的創(chuàng)傷程度，術后恢復時間更短。

3D可視化操作。機器人中的3D顯示能提供更清晰的人體解剖結構，外科醫(yī)生借此可細致地查看手術區(qū)域，以便精細化地完成復雜的顯微手術。

從這些特性中我們發(fā)現，微創(chuàng)手術是機器人在改善醫(yī)療保健方面極突出的作用。與傳統(tǒng)的開放式手術相比，這種方法使患者的創(chuàng)傷更小，恢復時間更短。因此，手術機器人在數字化醫(yī)療中一直處于市場前排地位并且保持高速發(fā)展態(tài)勢。StartUs Insights預計，從2025年到2030年，該市場將以12.4%的復合年增長率增長，特別是腹腔鏡部分，預計將以16.5%的復合年增長率增長，到2030年市場規(guī)模將達到91億美元。

機器人技術的另一個有前景的應用是使用微型機器人診斷和治療疾病。這些可以被患者吞入的微型機器人配備了攝像頭，它們可以穿過消化道并捕捉詳細的病理圖像。這些圖像有助于醫(yī)生在早期發(fā)現潛在的問題，如腹部囊腫或心臟病等，顯著改善患者的預后。

與醫(yī)療機器人技術相關的核心技術

醫(yī)療機器人是設計用于協助醫(yī)療任務的設備，也可以將其看作是一個通過機器人手臂、自主系統(tǒng)或集成人工智能、機器學習和高級傳感器的手術工具。然而，在設計這些先進的、復雜的系統(tǒng)過程中仍存在諸多技術和監(jiān)管挑戰(zhàn)，需要創(chuàng)新的方法和人工智能等新興技術的支撐。

在醫(yī)療機器人運行過程中，人工智能能夠幫助系統(tǒng)實現實時決策、精確運動和自適應響應。例如，人工智能驅動的機器視覺大幅提高了手術精度，而機器學習（ML）算法有助于優(yōu)化機器人控制系統(tǒng)。

手術機器人系統(tǒng)主要由主控制臺和從機器人組成。主控制臺由工具模擬器、視頻顯示器和PC組成。從機器人包括機器人手臂控制系統(tǒng)、圖像處理系統(tǒng)和PC。坐在主控制臺前的外科醫(yī)生在實時視頻反饋的幫助下使用工具模擬器進行手術。工具模擬器能夠將手的動作轉換為數字信號，然后通過網絡發(fā)送到遠程PC，遠程PC處理接收到的信號，并驅動機器人手臂控制系統(tǒng)復制相同的動作。

手術機器人的實現通常需要傳感器、編碼器和電機驅動器等精密組件。以全局快門傳感器為例，在人工智能增強的感知系統(tǒng)中，傳感器通過捕捉精確的解剖圖像為外科醫(yī)生的操作提供強大支持。

ams OSRAM公司的緊湊型全局快門圖像傳感器就非常適合手術機器人的應用，該傳感器搭載背面照明堆疊像素技術，顯著提升了2D和3D視覺系統(tǒng)性能，再通過先進的片上降噪技術，可在原始圖像階段就實現出色的畫質，有效降低了圖像信號處理器（ISP）的算法校正負擔。其中的Mira220是一款2.2MP近紅外增強全局快門圖像傳感器，專為2D和3D工業(yè)機器視覺應用而設計。由于其尺寸小巧、具有可配置性以及在可見光和近紅外方面靈敏度高，Mira220在主動立體視覺、機器人結構光視覺和AR/VR中有著廣泛應用。

圖2：Mira220全局快門圖像傳感器功能框圖（圖源：ams-osram）

在手術過程中，解剖結構和手術區(qū)域的3D實時渲染能夠有效增強手術的實時可視化能力，從而助力外科醫(yī)生完成高難度的手術。

瑞薩電子的RZ/T2H是一款專為多軸機器人應用設計的高性能MPU，它具有用于應用處理的四核Arm Cortex-A55內核和用于實時控制的雙Cortex-R52內核，單芯片兼具強大應用處理性能和高精度實時控制，可確保精確、高速的電機控制。此款處理器具有工業(yè)機器人、運動控制器和可編程邏輯控制器（PLC）等控制器所需的處理能力和外設功能。通過時間敏感網絡（TSN）和集成工業(yè)以太網，RZ/T2H簡化了多達9軸機器人的控制，同時提高了實時性能，可提供高級自動化任務所需的功率和精度。

圖3：RZ/T2H高性能MPU系統(tǒng)框圖（圖源：Renesas Electronics）

本文小結

根據美國食品和藥物管理局（FDA）的說法，從支持醫(yī)生每天做出臨床決策的移動醫(yī)療應用程序和軟件到人工智能和機器學習，數字技術一直在推動醫(yī)療保健的革命。2024年是數字健康突破性創(chuàng)新和快速增長的一年。從便攜式診斷工具到改變生活的人工智能進步，這些發(fā)展使醫(yī)療保健更容易獲得、更個性化、更高效。

2025年將成為健康和保健服務發(fā)展的又一個重要年份。人工智能將更深入地融入臨床工作流程，由可穿戴設備驅動的個性化醫(yī)療，以及機器人在患者護理中的廣泛應用，這些趨勢將重塑2025年的數字健康。

隨著機器人技術、人工智能和機器學習的不斷發(fā)展，醫(yī)療機器人的未來看起來非常有前景。一些預期的發(fā)展包括以下三個方面：

一是增強的自主性。未來的醫(yī)療機器人可能會擁有更大的自主性，獨立或與人類醫(yī)生合作執(zhí)行任務；

二是機器人技術將進入家庭醫(yī)療。機器人技術將在家庭醫(yī)療中發(fā)揮越來越大的作用，使個人能夠通過監(jiān)測和協助日常生活活動的設備在舒適的家中接受治療；

三是人工智能輔助診斷。

人工智能機器人將不斷提高診斷的準確性，幫助醫(yī)生更早、更有效地發(fā)現潛在的重大疾病。

醫(yī)療機器人技術的核心是將尖端技術與創(chuàng)新設計相結合。如今，醫(yī)療機器人不再局限于手術室，它已經成為醫(yī)療保健領域改變游戲規(guī)則的技術。醫(yī)療機器人的出現徹底改變了患者護理、手術程序和康復實踐。隨著機器人技術繼續(xù)與機器學習、數據分析、計算機視覺和其他技術同步發(fā)展，我們可以期待機器人在醫(yī)療保健領域發(fā)揮更重要的作用。