第五章第七节机器人家族的新成员——医疗机器人
脑外科机器人
2000年初春，来自黑龙江某大学的一位学生正平静地躺在中国人民解放军海军总医院手
术台上。她患有颅咽管瘤，4年前曾做过开颅手术，不幸的是现在肿瘤又复发了，肿瘤压迫
视神经使她双眼视力下降，左眼视力0.02，右眼只有光感。此刻，医生们正用先进的脑外
机器人系统为她实施手术定位。只见她的头部贴有4个标志点，由这4个标志点建立一个空间
坐标系，CT机以不同的角度为她扫描，之后，医生将9张CT图片输入计算机，屏幕上便显示
出三维的病灶部位。医生在屏幕上确定手术的穿刺点和穿刺轨迹，5自由度的机器人对准穿
刺点，然后自行锁定这一位置，为医生搭建一个稳固的操作平台，医生根据已标定的穿刺点
进针和实施相应手术。整个手术过程20分钟。手术后，患者自己下床、穿鞋、走出手术室。
三天后，患者出院了，双眼视力均恢复到0.9。
该脑外科机器人辅助系统是由北京航空航天大学、清华大学和海军总院共同研制开发的
。1997年5月用该机器人为病人实施了首例开颅手术，到2000年11月已为140多位病人实施了
这种手术。
机器人在医疗方面的应用越来越多，比如用机器人置换髋骨、用机器人做胸部手术等。
这主要是因为用机器人做手术精度高、创伤小，大大减轻了病人的痛苦。从世界机器人的发
展趋势看，用机器人辅助外科手术将成为一种必然趋势。
口腔修复机器人
牙齿是人类健康的保护神，拥有一口结实、完好的牙齿是身体健康的保证。然而随着人年龄
的增长，牙齿将会出现松动脱落。目前，世界上大多数发达国家都步入了老龄化社会，很多
老人出现了全口牙齿脱落。全口牙齿脱落的患者，称为无牙颌，需用全口义齿修复。在我国
目前有近1 200万无牙颌患者。人工牙列是恢复无牙颌患者咀嚼、语言功能和面部美观的
关键，也是制作全口义齿的技术核心和难点。传统的全口义齿制作方式是由医生和技师根据
患者的颌骨形态靠经验，用手工制作，无法满足日益增长的社会需求。北京大学口腔医院、
北京理工大学等单位联合成功研制出口腔修复机器人。
这是一个由计算机和机器人辅助设计、制作全口义齿人工牙列的应用试验系统。该系统
利用图像、图形技术来获取生成无牙颌患者的口腔软硬组织计算机模型，利用自行研制的非
接触式三维激光扫描测量系统来获取患者无牙颌骨形态的几何参数，采用专家系统软件完成
全口义齿人工牙列的计算机辅助统计。另外，发明和制作了单颗塑料人工牙与最终要完成的
人工牙列之间的过渡转换装置——可调节排牙器。
基于机器人可以实现排牙的任意位置和姿态控制。利用口腔修复机器人相当于快速培养
和造就了一批高级口腔修复医疗专家和技术员。利用机器人来代替手工排牙，不但比口腔医
疗专家更精确地以数字的方式操作，同时还能避免专家因疲劳、情绪、疏忽等原因造成的失
误。这将使全口义齿的设计与制作进入到既能满足无牙颌患者个体生理功能及美观需求，又
能达到规范化、标准化、自动化、工业化的水平，从而大大提高其制作效率和质量。
进入血管的机器人
在美国洛杉矶市举行的一次新闻发布会上，与会者在投影屏幕上看到了这样一组镜头：
2005年的某一天，一个由直径只有30微米的齿轮装配成的小小机器人，被植入血管里。
这个小小机器人像潜水艇一样在血液的河流中自由自在地游动着。一旦遇到血管中淤积或飘
浮的胆固醇、脂肪，它们就扑上去，迅速将其撕烂嚼碎。同凶恶的病毒相遇时，它们也毫不
畏惧，挺身而出。
可是，病毒是很狡猾的，它们眼看对方来势凶猛，往往会装出一副缩头缩尾的可怜相，
好像已经投降；或者干脆一下子躺下，一动不动，似乎已经成了一具僵尸。机器人善良大度
，它们大踏步地从这些已经放下武器的敌人身边走过。
但是，受到优待的病毒并没有就此罢休，等机器人擦肩而过后，它们一跃而起，开始从
背后恶狠狠地攻击机器人，机器人不断倒下。
您别着急，这些机器人体内有纠错程序。它们中的许多机器人在吃了一次亏之后，只要
不是光荣牺牲，它们便能自动调整行为方式。于是，机器人不再老实可欺。它们见到病毒后
，不管它们如何伪装，非要杀它个片甲不留。
病毒也随机应变，当它们同机器人相遇时，便拼命膨胀躯体，虚张声势，竭力装出一副
凶神恶煞的模样。可是，大脑内藏有“超级勇敢”程序的机器人，英勇善战，视死如归，决
心以自己的生命来捍卫主人的健康。于是机器人同病毒进行了激烈的大搏杀。最后，病毒被
不断歼灭。病毒的碎块不断渗透出血管，流入肾脏，通过尿液排除体外。于是动脉畅通无阻
，人体更加健康。
上述有关超微技术的剧情，是根据科学家的设想编造出来的，但这并不是无法实现的梦
想，随着微机电技术的发展，幻想正一步步走向现实。
超微技术现在与老百姓关系还不密切，这主要是因为它们还不实用。对此，美国斯坦福
大学的现代超微物理学专家本杰明·金博士作了这样的描述：“未来人们将研制出高度智能
化的人造跳蚤、蜘蛛等动物。它们集超微型电脑、驱动器、传动装置、传感器、电源等于一
体，成为人类十分独特而且非常得力的助手。它们将广泛应用于医疗、农业、工业、航天
、军事等各个领域。除了人们津津乐道的注入血管清除毒物的功能外，在外科手术上可用
微马达来缝合神经、微血管、眼球等；还可用它来深入人体内脏，如肾、心脏等作检查。将
成千上万个‘跳蚤’机器人搬入农田，消灭害虫，使农业丰收，又防止了因使用农药造成的
环境污染……”
这位教授最后说：“与目前许多处于试验阶段的高新尖端技术一样，超微技术产品的潜
在价值和用途一时还很难设想。但是，可以相信在将来的某一天，这种巧夺天工的产品，会
悄悄进入我们的家庭，起到种种奇妙无比的作用。”
智能轮椅
随着社会的发展和人类文明程度的提高，人们特别是残疾人愈来愈需要运用现代高新技
术来改善他们的生活质量和生活自由度。因为各种交通事故、天灾人祸和种种疾病，每年均
有成千上万的人丧失一种或多种能力（如行走、动手能力等）。因此，对用于帮助残障人行
走的机器人轮椅的研究已逐渐成为热点，如西班牙、意大利等国，中国科学院自动化研究所
也成功研制了一种具有视觉和口令导航功能并能与人进行语音交互的机器人轮椅。
机器人轮椅主要有口令识别与语音合成、机器人自定位、动态随机避障、多传感器信息
融合、实时自适应导航控制等功能。
机器人轮椅关键技术是安全导航问题，采用的基本方法是靠超声波和红外测距，个别也
采用了口令控制。超声波和红外导航的主要不足在于可控测范围有限，视觉导航可以克服这
方面的不足。在机器人轮椅中，轮椅的使用者应是整个系统的中心和积极的组成部分。对使
用者来说，机器人轮椅应具有与人交互的功能。这种交互功能可以很直观地通过人机语音对
话来实现。尽管个别现有的移动轮椅可用简单的口令来控制，但真正具有交互功能的移动机
器人和轮椅尚不多见。
