总有一天，机器人可能会为你抽血

本文刊登于《Discover》杂志2021年7月/8月号，标题为“抽血”。订阅 以获取更多此类故事。

1982年的一天深夜，一位名叫马丁·亚穆什的耶鲁大学医学院学生在当地一家医院目睹了令人心悸的一幕。一名幼儿入院，几名护士试图将静脉输液针插入孩子细小的血管中。每一次未刺中血管，孩子就哭得更厉害，母亲也越来越担心。

“一定有更好的方法，”现任罗格斯大学生物医学工程教授的亚穆什心想。这一事件改变了他对医学的看法。目睹了那份痛苦后，亚穆什开始设想，如果抽血过程能够自动化会怎样。

当时，自动化主要出现在汽车装配线上，机器人非常强大且危险，需要用螺栓固定在地板上并用金属笼围起来。1985年，一台改装的机械臂被用来对一名52岁男子进行脑活检。但又过了十多年，机器人才能在医院找到工作，成为手术室里的外科助手。

如今，手术机器人已遍布世界各地的医疗机构。医生在电脑终端前操控着虚拟镊子和手术刀，机器人帮助他们完成一系列复杂的手术，从髋关节置换到肾脏移植。尽管取得了这些进展，但机器人在医院的应用仍然有限：它们只辅助完成医疗领域中最需要高超技能的任务，而在亚穆什作为医学院学生时目睹的那种场景中却不见踪影。

亚穆什的生物医学工程实验室在过去十年里一直致力于弥补这种不平衡。得益于传感器和人工智能的进步，提高了机器人技术的质量并降低了成本，他们现在正在开发一种足够小的抽血机器人，医生可以随身携带。

“静脉穿刺优势”机器人

2010年，在亚穆什首次意识到其潜力近30年后，抽血机器人开始成型。在亚穆什的建议下，罗格斯大学的一名工程学生艾尔文·陈开始研究静脉穿刺——即任何涉及将针头插入静脉的程序——并将其视为一个利用技术使常见过程更轻松、更安全、更有效的机会。

陈的研究证实了亚穆什的怀疑。静脉穿刺是世界上最常见的医疗程序，也是最容易失败的。护士和采血员不仅难以刺中像亚穆什在80年代观察到的那样血管细小的儿童，还难以处理皮肤褶皱或血管难以找到的患者。失误可能导致严重的医疗后果，包括血栓形成、感染和神经损伤。再加上医护人员在紧急情况下经常意外扎伤自己，静脉穿刺机器人的潜在优势就显而易见了。

陈与亚穆什实验室的另一名工程学生马克斯·巴尔特合作。他们共同找到了现有技术，并将它们组合起来，制造出一个能够半自动化整个抽血过程的机器人。正如巴尔特所解释的，现有系统虽然强大，但未能充分发挥其潜力，因为现有的传感器和机器人技术尚未有效地结合。

“存在一些成像技术，可以帮助临床医生定位难以看见的血管，”他说，并举例说明了红外线和超声波。“但你一只手拿着探头，另一只手操作针头，眼睛却看着屏幕，远离病人。这可能非常具有挑战性。”

最终，团队制造出一个台式设备，它有一个旋转臂，像一个微型装卸港起重机一样移动，部分包裹着光滑的白色塑料。该机器人能够利用超声波技术和人工智能自主定位模型手臂皮肤中的静脉，然后用电机驱动的针头精确地刺穿人造皮肤。该机器能够抽血、在集成的离心机中处理血液，并安全地丢弃用过的针头。唯一剩下的就是通过FDA批准所需的人体临床试验——以及资助它们的资金。

实验室有投资者的兴趣，但由于保险公司对抽血的报销金额相对较低，说服他们资助这项技术很困难。而且没有人体试验，这项技术就没有得到验证。在没有证据的情况下，公司不愿垫付现金。

但这并不意味着工作就此停止。近年来，实验室已将重点转向制造一种更便携的医疗专业人员设备——在 COVID-19 疫情时代，这一项目尤其意义重大。

通往医院的长路

自2016年起一直在亚穆什实验室工作的Josh Leipheimer，已投入大量时间致力于缩小机器人的尺寸。其结果是开发出一种手持设备，医生可以将其装在口袋里，以便有一天医护人员可以在患者床边进行抽血检查。

Leipheimer 最近带领该机器人进行了一项小型临床试验，有31名志愿者参与。该机器人在插入针头和抽血方面的表现与专业采血员一样好，这是朝着未来在更真实的场景中进行数百名患者的进一步研究迈出的有希望的一步。“我们将评估该设备在实际临床环境而不是实验室环境中的表现，”他解释道。

这是一个昂贵的项目，面临着与 Balter 和 Chen 之前遇到的类似的资金挑战。但是，正如 Balter 指出的那样，新型冠状病毒带来了一种新情况——这种机器的应用可能从常规抽血扩展到包括抗体检测和疫苗接种。未来，自动化静脉穿刺还可以通过消除不必要的身体接触来提高患者和医护人员的安全性。

幸运的是，亚穆什的团队从未放弃全尺寸机器。“台式设备和手持设备是相辅相成的，”Leipheimer说。“在便携式设备上进行的许多开发都可以反向应用于台式设备。”

硅谷机器人公司（Silicon Valley Robotics）的行业专家、总经理 Andra Keay 认为这是一个理想的场景，因为一项发明的成功应用可以开启一个全新的市场。她观察到，手术机器人从腹部手术扩展到麻醉下几乎所有身体部位的手术，就是这种现象。“一旦你解决了静脉穿刺问题，那么你就能免费获得所有这些变种，”她预测道。

尽管亚穆什的抽血机器人的未来尚不确定，但他表示“目标一直都是一样的：提供一种简单、快速、高效的即时诊断抽血系统。” 这近40年的旅程绝非一帆风顺，但亚穆什“一定有更好的方法”的信念，可能在几个临床试验后就能得到证实。