疫情期間，無接觸服務 “疫” 外走紅。爲解決醫患交叉感染、醫護人員短缺的問題，智能消毒機器人、體溫檢測機器人、遠程問診、AI 輔助診斷等系列醫療科技“抗疫助手” 不斷湧現。

同濟大學科研團隊針對疫情中的臨床需求，設計研發的自動紮針采血機器人一經問世，馬上引起各領域廣泛關注。

“紮針采血機器人是一種自動化的設備，它不僅能減少交叉感染，還能進行大批量紮針采血工作，這樣就大大減輕了醫護人員的工作負擔。” 同濟大學電子與信息工程學院副教授、項目負責人齊鵬對 DeepTech 說。

據了解，該項目已獲得八項專利授權，目前正在申請其他三十余項專利，春節後即將陸續在醫院進行實驗測試。

紮針采血機器人 “三大法寶” 顯靈通

紮針采血機器人系統有 “三大法寶”，保障機器人紮針比人工操作 “更快、更精准、更穩定”，並避免醫患交叉感染、實現 “無接觸” 醫療自動化。

圖丨紮針采血機器人設計原理（來源：受訪者）

第一，能夠准確識別皮下靜脈的近紅外攝像頭，使機器人 “雙眼” 看得更清晰，並通過機器學習算法迅速定位出適合的紮針點，提高靜脈穿刺效率，實現紮針采血過程 “更快”。

即使是肥胖、深色皮膚、休克病人、嬰幼兒等肉眼難以被觀察到皮下靜脈的特殊群體，在近紅外光下也能清晰可見。利用近紅外成像，使機器人像擁有 “天眼” 一樣，能夠快速識別患者注射區域的靜脈分布信息。

第二，有效識別靜脈深度的超聲探頭，使機器人紮得 “更精准”。

通常在判斷靜脈血管的位置時，醫護人員通過目測以及手感來 “推測”。結合近紅外和超聲成像，該機器人可以將血管的走向和深度轉化爲精准的 “坐標”。

圖丨多模態圖像引導靜脈穿刺機器人系統（來源：受訪者）

基于獨特的成像原理，近紅外和超聲可以不受環境光的幹擾，清晰辨識患者皮下淺靜脈血管並識別血管深度。

“超聲輔助機器人穿刺一直是手術機器人的熱門研究方向，我們結合圖像處理技術和機器學習方法，與超聲設備廠家的工程師不斷交流，致力于找到圖像更穩定、處理速度更快的超聲定位解決方案。” 齊鵬告訴 DeepTech。

第三，小型、靈巧機器人系統實現自動化紮針采血，標准化操作讓紮針 “更穩定”。

靜脈穿刺機器人通過自身精確運行的機械系統，可以將穿刺針的定位誤差控制在 0.2mm 以內。在對血管進行精准成像的基礎上，機器人可將穿刺針的針尖精准、穩定地送到血管腔的中央。

此外，齊鵬團隊還結合成本考慮，將力控傳感器從物理手段硬件上的監控轉變爲算法上的 “虛擬傳感器”。

針對疫情防控實際需求，立足解決科學問題

齊鵬博士畢業于英國倫敦國王學院機器人專業，師從醫療機器人專家 Kaspar Althoefer 教授和機構學與機器人領域專家戴建生教授。

他曾任新加坡國立大學生物醫學工程系研究員、香港中文大學訪問學者，有近十年從事醫療機器人血管介入穿刺研究的經曆。研究方向包括醫療機器人、機器學習、智能傳感與交互等。

圖丨齊鵬（來源：受訪者）

2016 年，齊鵬博士回國到同濟大學工作，其特別提到加入由葛均波院士發起的中國心血管醫生創新俱樂部，使他在醫工交叉合作中不斷發現臨床痛點，逐漸形成跨學科思維，運用工程技術解決問題。

疫情期間，齊鵬關注到醫護人員因穿戴防護服、護目鏡等紮針不便，人手短缺的情況。特別是紮針采血時醫患近距離接觸，會增加醫護人員被感染的風險。“無接觸、紮針難” 成爲一個亟待解決的問題。

“疫情當前，當看到醫護人員紛紛請纓赴前線，我深受感動。雖然無法奔赴前線，作爲科研人員也要爲抗疫盡一份力，所以我們決定自主研發紮針采血機器人。”

2020 年 3 月，該項目正式啓動，齊鵬團隊由醫學、計算機、軟件、控制、機械、交互設計等多學科背景的研究人員組成。

圖丨自動紮針采血機器人項目團隊（來源：受訪者）

齊鵬告訴 DeepTech，“在高校中，我們是作爲技術的引領，從科學問題出發，不斷突破創新，探索新的技術，更好地解決實際問題。同時，培養具有夯實技術背景和創新思維的學生，從事醫療機器人的研發工作。”

多場景、多中心實驗將同步進行

齊鵬表示，目前紮針采血機器人項目已叠代研發出多款原型機，春節過後會陸續與各合作醫院開展聯合實驗。“我們願意敞開合作，與各領域專家和資源共同推進這一項應用的落地發展。”

一方面是針對普通人紮針采血的大範圍實驗測試，以確定它的准確率、效率。

另一方面是針對特殊群體的紮針采血，包括肥胖、深色皮膚、休克病人、嬰幼兒等患者。尤其是嬰幼兒由于血管細的生理特征，護士往往難以精准紮針，多次紮針可能會造成皮下組織受損等。

圖丨紮針采血機器人（來源：受訪者）

齊鵬曾和某兒童醫院的醫生交流過，對嬰幼兒群體的自動精准紮針的需求非常迫切。

“即使是有二三十年紮針經驗的醫護人員，在面對嬰幼兒紮針的時候，也經常困難重重，這給我很大的觸動。不管是最初針對疫情防控的考慮，還是今後針對這些特殊人群的紮針問題，自動穿刺采血技術將對醫護人員和患者都是非常有意義的。”齊鵬說。

此外，紮針采血技術可應用的場景很多。比如，醫院裏一些臨床專業的學生有給動物紮針的任務。從操作來說很困難，有可能三四個小時都沒成功，而自動紮針機器人能很好地解決這個問題。

據了解，實驗將在多個實驗中心同步進行，根據實驗結果反饋，機器人的軟硬件將繼續升級叠代，這項測試工作預計將在兩年內完成。

齊鵬表示，針對特殊人群的精准度實驗可能會是難點，會根據實驗結果隨時在程序和技術上調整機器設計。目前的機器設計已經更叠了兩代，現在正在做第三代版本的設計升級。根據場景中遇到的各種情況，將會逐漸解決和優化各項功能。

“我們不斷地做實驗，根據場景需要創新設計不同的機械結構。針對動物實驗、普通人群、深色皮膚、休克病人、嬰幼兒等不同類型的人群設計出不同的機器人産品，這樣可以最大限度的滿足不同的人群。”齊鵬說。

“你敢讓機器人紮針嗎？”

由于人們對紮針采血機器人心理上接受程度不同，所以可能還需要一段適應和接受的時間。齊鵬團隊將自動紮針采血機器人的模擬視頻在網上發布，“你敢讓機器人紮針嗎？” 一度成爲熱議話題。

齊鵬認爲，機器人的應用場景十分重要，與 “是否願意讓機器人紮針” 相比，“疫情中是否願意配合機器人紮針” 問得更加貼切，也許會收到截然不同的回答。

下一步，齊鵬團隊正在和同濟大學設計與創意藝術學院就交互設計進行合作。將機器人的外觀設計得更加美觀和人性化，這樣人們在心理上才更容易接受。

圖丨紮針采血機器人（來源：受訪者）

提及正在開展的機器人技術智庫課題，他認爲，醫療機器人是適合在特殊場景下應用，並不是爲了完全替代醫生，而是更好地輔助醫生開展醫療操作，減輕醫生的工作負擔，提高手術的精准性。

“在我看來，醫療、康養是未來機器人應用的藍海。而從前的工業機器人已經發展了幾十年，也許再過幾十年，機器人基本上就屬于標准標配化、常態化的東西了。”齊鵬說。

紮針穿刺技術是相通的，所以在醫院的脊柱外科、心胸外科、肺科等科室都有大量的自動化介入穿刺需求。

齊鵬表示，接下來將重點關注技術研發，“可能不需要非得‘無人化’，只要能精准地幫助醫生找到紮針的位置就可以。既然有了紮針采血機器人的基礎，我們將繼續做下去，希望通過機器人技術解決更多的臨床痛點。”