智能运送机器人在核医学中的应用~

文/余斌 江苏省人民医院

在过去的两个世纪，医学领域取得空前的进步，除了天花疫苗和抗生素等新发现后，医用辐射及放射性核素的发现，使许多疾病有了更有效的预防、诊断以及治疗方案。如癌症等一度曾被认为是难以控制和致命的疾病，现如今都可以利用核技术进行早期诊断，并能更有效地开展治疗，使患者获得一线希望，甚至使众多患者可以获得治愈的重大机会。

核医学是医学的一个领域，是利用放射性同位素药物进入人体后的富集和显像作用进行治疗或辅助诊断的技术。核医学科的工作主要有两大分支：核医学诊断和核素治疗。核医学诊断主要是显像诊断，将放射性核同位素药物注射到患者身体内，经过一定时间的等待，药物会随着代谢汇集到需检查的部位，在扫描设备的监测下呈现出图像，供医生进行诊断。

核素治疗主要是131I治疗：131I（碘131）主要用于治疗分化型（DTC）甲状腺癌，因为甲状腺癌细胞与原健康细胞一样具有吸收碘元素的能力。甲状腺癌患者在进行手术切除之后，给药高剂量的放射性碘药物会被体内残留或转移的甲状腺癌细胞吸收，通过放射性对甲状腺癌细胞进行杀伤。现已经成为了现场最常用的甲状腺癌术后治疗手段。

核医学科药物来源主要有两类，外送和自制。

外送的药物由专业公司通过工业核反应堆制取，根据每周核医学科的预约情况，按量配送到核医学科。运输过程中带有放射性的药物是装在专用的防护容器中的。然而为了防止意外的发生，规范要求放射性药物应有独立的运输入口，减少与人员的交叉。

第二类是自制药物，由医院自行投资建设回旋加速器设备，用于制取半衰期较短的 PET 设备药物。回旋加速器一般建设在地下室，尽量靠近核医学科，便于通过提升梯或物流运送药物。如果条件不允许，那也要由人工用专用容器运送，要求与外送药物相同。

核素药物运抵核医学科后需要由护士将其分装为患者使用的剂量，这项工作是在有着严密防护的专用分装柜内进行的。护士双手透过分装柜上的手孔伸入柜内进行操作，以尽量减少与放射性药物的接触。药物分装完毕之后需尽快向患者给药。

进行显像检查的患者主要通过注射，而碘治疗患者是口服药物。注射室一般紧靠分装室设置，两个房间之间安装注射窗口，注射窗口的形式与分装柜类似，上方带有观察窗，患者在一侧，护士在另一侧，双手伸过手孔进行操作。口服药物则通过传递窗传递给患者，护士通过窗口指导患者，并观察患者服药后的反应情况。

在核医学科病房内，目前国内应用较为广泛的核医学服务机器人是一种带有语音视频且可以自主导航的机器人，医生和护士通过机器人视频与患者进行查房、咨询和答疑，减少医护人员与病患直接接触，避免了不必要的辐射。而在药物运送环节，目前科室依然使用传统的铅桶人工搬运，仍然存在搬运困难、人员面临辐射问题。

核医学铅桶铅罐是一种用铅做的厚屏蔽容器，用于供运送或贮存放射性同位素或其他放射性物质。放射性物质在衰变反应中可以释放出多种射线，它们往往会对人体产生不良影响。为了减少射线对运送人员伤害，使用铅桶铅罐作为运送容器可“遮挡”射线，因此为了达到“遮挡”射线的效果，一般铅桶铅罐重量高达100多公斤，不易运送，必不可免的增加了人员的运送难度。

虽然使用铅桶铅罐可以降低运送人员辐射的危险，但运送人员需长期配送放射性物质，难免会有安全性的顾虑。通过对实际工作流程的督查，因年轻工作人员，特别是护理人员的放射工龄短，操作技术相对不熟练，在给药室甚至不能很好的按照操作规程操作，造成了放射性物质泄漏，一定程度上给运送人员增加辐射的危险。由于运送人员需要经常配送放射性物质，且运送路线穿过病患的候诊区接触病患，患者服用治疗剂量的放射性碘131后成为“放射源”，可对周围人群和职业医护人员造成潜在辐射危害，所以运送人员年平均受辐射量可能会超过国家法定相关要求。

医院传统的运送方式是由专门的运送人员承担物流配送，目前医院对运送人员的门槛较低，导致人员素质不一，在运送任务繁多时，容易出现运送物品出错情况，同时在运送过程中存在与别人聊天闲谈、中途休息等不确定因素，造成运送效率降低，配送过程也无法实时获知物质的定位，无法使用信息化科技手段对放射性物质进行管理。

机器人是计算机科学领域的一个重要分支，最早应用始于 20 世纪 70 年代，且逐步应用于医学领域，起到了解决医护人员短缺、缓解医疗资源不足、减少诊断误差和提高临床护理质量等作用。近年来，医疗机器人技术发展迅猛，包括运送机器人、手术机器人、康复与护理机器人、诊疗机器人等分支领域。

随着科技的进步，在分装和给药流程中，出现了全自动的分装和给药机器人，通过核素自动化分装系统，协作机器人，实习医用核素药液的高精度、零污染自动化分装，更大程度地减少了对医务人员的放射性伤害。

核医学运送机器人系统通过智能化闭环管理体系，完成对放射性物质发出/接收的确认。管理人员可从监控系统中实时查看机器人配送状态，实现全过程追溯，有助于优化医护人员工作效率，降低医护人员辐射伤害。

图1 核医学机器人功能简介图

机器人调度系统监控所有机器人的运行状态及运行轨迹，以就近原则调度机器人执行任务，可一次配送多个目地的的任务。

机器人通过WiFi与电梯模块、门控模块进行通讯，实现自主乘梯开门功能，无需人为干预，在遇到行人或障碍物时，可自动避障。

机器人采用电子锁，通过刷卡/密码智开锁，避免运送过程被行人打开，确保放射性物质安全运送。

通过在机器人内部安装核辐射泄漏传感器，实时监测运送过程中辐射情况，一旦发现泄漏超出标准值进行声音警示，同时将监测数据上传机器人系统。

在核医学应用场景，机器人运输带有放射性的物质，按照防护规范，机器人内部需配置专用的防护装置，确保机器人在运送过程中周围环境的辐射值符合标准规定。

图2 核医学机器人运行图

配药室配好药物后，药师通过账户密码登录 PAD 终端下发任务，机器人接收任务前往发送站点，在机器人到达发送站后，PAD 终端声音提醒配药室药师装药。药师使用密码解锁后，将装有放射性物质的铅罐，放入带有铅桶的机器人内，确认密封完好后，确认发送任务。

机器人接收任务后，在运送路线上自动控制门以及自主乘梯，同时带有密码锁，保证运送物质的安全，具有辐射监测功能，实时监测放射性物质泄漏情况。在系统运维平台以及 PAD 终端界面上可实时查看机器人的位置及状态。

当配药室确认发送任务后，在PAD 终端上推送待签收任务给注射室，注射室可实时查看任务的状态，当机器人到达注射室后，PAD终端声音提醒注射室签收，在输入密码和签收人后，完成药物签收。

机器人结束任务后处于空闲状态，当有新任务时，调度系统将按就近原则调度机器人分配任务，使机器人安全有序工作，实现效率最大化。

智能机器人实现了放射性物质无人配送，同时可以7×24小时不停歇工作，直接代替人工完成配送任务，节省劳动力资源，大大减少了医护人员重复性的动作，让医护人员将更多的时间投入到临床上，同时也避免了人员面临辐射的风险。

在机器人系统上记录从放射性药物装药、运送到签收的整个过程，用户可以查询药物的运送时间、签收人以及实时运送位置等信息，实现药物的闭环管理。

机器人全过程封闭运送放射性物质，同时带有辐射监测系统，在运送过程中实时监测，一旦监测到辐射值超出预警范围，机器人进行声光报警，提醒周边人员扩散，同时需要进行人工干预，形成一套有效的辐射监测报警系统。

相比传统的人工运送，存在人员的不稳定性，机器人使用智能密码锁对放射性物质进行加密保护，保障运送过程物质的安全性。

医院内汇集着患有各种疾病的病人，医院内患者、患者家属、医护人员等各种人流混杂，特别是核医学科室人流穿梭增加了射线辐射的风险。机器人代替人工运送有效的减少了人员的流动，也避免病菌传染风险，将更大的医疗空间留给病患，提高患者的环境舒适度。

随着人工智能的快速发展、技术的突破及应用领域的逐渐广泛化，医疗行业的发展备受关注。医疗机器人作为人工智能时代在医疗领域应用的深化，能够有效的解决医院后勤运送、辅助医生进行一系列的医疗诊断和辅助治疗，在有效的缓解医疗资源紧张的问题下推动医疗信息化的发展。

在市场上目前核医学广泛使用的机器人有核素分装稀释机器人、核医学病房服务机器人以及核医学药物运送机器人。如何将现有的机器人进行接驳对接、信息交互，实现真正智能无人化配送是当前的难点。

核素分装稀释机器人可以代替人工完成放射性核素分装和稀释，提高分装精度，同时也避免了人员辐射伤害。目前药物分装完成，到机器人配送这段过程仍然需要人工来操作，增加了人员辐射的风险。当两种机器人的自动接驳后，从药物分装稀释到药物运送实现全过程无人化，达到真正的智能化。

机器人通过传递窗进入配药室进行药物运送，需要从非洁净区域进入洁净区域，如何让机器人的消毒更方便、更有效是目前面临的难点。机器人一般使用紫外线消毒，根据相关法规要求，紫外线消毒时间不低于30min，势必会影响机器人的运送效率，这也是未来核医学机器人发展的痛点。