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同济大学科研团队设计研发全自动静脉采血机器人,医工交叉技术助力抗疫
2021-01-22 09:42
同济大学
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  近日,同济大学电子与信息工程学院教师齐鹏领衔的师生科研团队在医工交叉领域设计研发了全自动静脉采血机器人,为疫情防控增添了一项全新的科技利器。该项目获得2020大学创业世界杯赛事中国赛区银奖、上海市产业青年创新大赛中获金奖,在第三届中国国际进口博览会双创成果进行展出。

  此为“千针万确”智能静脉穿刺采血机器人的第二代原型机。该机器人为研发团队用时一年、自主研发而成,具有设计紧凑、灵巧、成本低的优势,同时兼顾安全性和精准性,攻克了疫情“无人”注射技术难关。

  医疗离不开血液检测和药物注射这两大基础应用场景。在我国,78%的护理工作与静脉输液治疗有关,90%以上的住院病人接受静脉输液治疗。一线临床医护人员无时无刻不在经历血管穿刺的考验。针对血管穿刺需求量大、难度大及医护人员在穿刺过程中面临职业暴露种种问题,齐鹏师生团队设计研发的这款穿刺机器人有着“敏锐的眼睛”,采用了近红外光和超声双模态成像,在不同尺度上识别血管,其视野深度和精准度均强于肉眼,可以精准识别肥胖患者以及深色皮肤患者的血管,在智能算法的帮助下,机器人可以动态追踪穿刺针和血管的位置变化。此外,该机器人还采用高精度伺服电机控制穿刺动作,利用传感器进行实时反馈,动作的精准性和稳定性均超过人为操作。基于深度学习的多模态图像引导静脉穿刺机器人系统,通过自动采血和放置外周血管导管还能减少静脉穿刺相关意外事故的发生。

  “静脉穿刺机器人作为全自动外科设备,可以自动完成消毒、穿刺操作,可以代替医护工作者与患者接触,同时配有自身消毒系统,从而最大限度避免交叉感染;机器人拥有比人类更强的成像能力、识别能力、操作稳定性以及流程化工作的执行效率,解决了静脉穿刺成功率低、事故率高的问题。”齐鹏介绍,此外,目前的自动血液分类技术和自动药品分拣技术已经非常成熟,但是血样采集和药品注射依然需要护士手动完成,静脉穿刺机器人打通了医院采血和注射自动化的“最后一公里”。

  静脉穿刺机器人的出现是学科交叉的成功实践。齐鹏老师的团队是一支年轻化、多样化、跨学科的队伍。齐鹏是一个“85后”,他的组里大部分都是来自智能制造、机械、软件、设创、医学等不同专业的高年级本科生,他们将专业知识融会贯通,共同解决技术难题。 “齐老师把他的半个朋友圈都请来给我们讲课了。”团队成员笑着说。齐老师的团队有着浓厚的学术交流氛围,他十分乐于为大家邀请学术大咖,分享科研经验,解答学生疑惑。“齐老师请来很多学术大牛来讲课、分享经验,医疗图像识别算法方面请英国帝国理工的博士来讲,硬件方面请伦敦国王学院的博士来讲,还请来科技公司的技术大咖以及临床医生等等。”

  让学生在科研实践中学习知识、发现问题,运用知识解决实际问题,也是齐鹏科研育人的关键方法。同学们在谈及参与科研团队的感受时表示,在课堂上学到的都是比较基础的、经典的知识,而在项目中,必须把视野放在最前沿。从课本落地到工程项目,这是每一位工科生都要走的路。齐鹏表示,如何把知识转化为生产力,转换为真正起作用的产品,唯一的方法就是实践。“静脉穿刺机器人”项目需要结合前沿的技术和研究,让学生有着明确的目标和自发的驱动力,把所学所思应用到实际,在课堂里打磨基本功,在实践中提升专业技能,真正做到“在课堂中学走,在实践中学飞”,切实践行科研育人的初心。

  齐鹏表示,期待这款静脉采血机器人尽早从实验室走向市场,代替医护工作者与患者接触,为抗疫胜利作出贡献。

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