任佳妮，楊 陽

(陜西省科學(xué)技術(shù)情報(bào)研究院，陜西 西安 710054)

0 引 言

截至2020年2月11日24時(shí)，全國(guó)為“新型冠狀病毒肺炎(以下簡(jiǎn)稱‘新冠肺炎’)”提供醫(yī)療診治的422家機(jī)構(gòu)中，共有3 019名醫(yī)務(wù)人員感染，確診病例為1 716例，其中6人犧牲[1-2]。充分說明醫(yī)護(hù)人員可能存在非職業(yè)暴露造成的感染。如何減少醫(yī)護(hù)人員與患者之間的接觸感染，最大程度地將病人“隔離”，做到醫(yī)護(hù)人員零感染？

2020年2月17日，國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)指出疫情防控的關(guān)鍵是阻斷或最大程度減少病原體在人際間傳播，其中診療和護(hù)理是重點(diǎn)環(huán)節(jié)，非接觸性無人作業(yè)是發(fā)展方向，靈巧、智能化機(jī)器人的應(yīng)用是有效手段。3月21日，科技部印發(fā)《關(guān)于科技創(chuàng)新支撐復(fù)工復(fù)產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)平穩(wěn)運(yùn)行的若干措施》的通知(以下簡(jiǎn)稱“通知”)中明確指出，大力推動(dòng)關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)，加大5G、人工智能、高端醫(yī)療器械等重大科技項(xiàng)目的實(shí)施和支持力度，突破關(guān)鍵核心技術(shù)，促進(jìn)科技成果的轉(zhuǎn)化應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化。

因此,研判醫(yī)療機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域的創(chuàng)新研發(fā)態(tài)勢(shì)，準(zhǔn)確把握中國(guó)在該領(lǐng)域中的全球競(jìng)爭(zhēng)地位，能夠?yàn)槠髽I(yè)技術(shù)研發(fā)及政府產(chǎn)業(yè)政策的制定提供指引,對(duì)無接觸式醫(yī)療診斷和輔助治療，也具有較高的理論借鑒價(jià)值。

1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

機(jī)器人技術(shù)誕生于20世紀(jì)60年代，并隨之得到迅速發(fā)展。伴隨著計(jì)算機(jī)處理、人工智能、傳感器、互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的快速更新和發(fā)展，以機(jī)器人科技為代表的智能產(chǎn)業(yè)蓬勃興起，醫(yī)療機(jī)器人作為全球機(jī)器人的新興發(fā)展方向，掀起了一股群雄逐鹿的新浪潮。

整體來看，針對(duì)醫(yī)療機(jī)器人相關(guān)研究主要分為兩部分。一部分學(xué)者是從醫(yī)療機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及未來趨勢(shì)進(jìn)行分析。李揚(yáng)等選取了國(guó)內(nèi)63家主流的醫(yī)療機(jī)器人企業(yè)，系統(tǒng)分析國(guó)內(nèi)醫(yī)療機(jī)器人產(chǎn)業(yè)在發(fā)展階段、類型分布、區(qū)域集聚、產(chǎn)學(xué)研協(xié)同、認(rèn)證體系、投資路徑、技術(shù)趨勢(shì)等方面呈現(xiàn)的發(fā)展特點(diǎn)[3]；張送根等基于數(shù)據(jù)分析概述醫(yī)療機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及未來趨勢(shì)[4]。另一部分學(xué)者則是將醫(yī)療機(jī)器人的設(shè)計(jì)、應(yīng)用作為研究方向開展有益探索。劉怡等采用Lagrange-Routh方程建立滾動(dòng)球式機(jī)器人系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型，設(shè)計(jì)了一種滾動(dòng)球式醫(yī)療服務(wù)型機(jī)器人[5]；蘇晨等提出基于產(chǎn)品親和力的微型醫(yī)療機(jī)器人設(shè)計(jì)方法[6]。而針對(duì)醫(yī)療機(jī)器人技術(shù)的相關(guān)研究則較少。韓燕等運(yùn)用連邊關(guān)鍵程度中心度指標(biāo)、知識(shí)單元的整合等方法提取技術(shù)主題，最終發(fā)現(xiàn)了三個(gè)醫(yī)療服務(wù)領(lǐng)域機(jī)器人領(lǐng)域的潛在技術(shù)機(jī)會(huì)[7]；雷鳴等構(gòu)建了基于SAO結(jié)構(gòu)的醫(yī)療機(jī)器人知識(shí)演化路徑繪制流程[8]。將科技論文和專利文獻(xiàn)相結(jié)合，從情報(bào)學(xué)視角研究全球醫(yī)療機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域創(chuàng)新態(tài)勢(shì)，對(duì)全球發(fā)展趨勢(shì)、技術(shù)分布等進(jìn)行綜合對(duì)比分析的文獻(xiàn)未見報(bào)道。

期刊文獻(xiàn)與專利文獻(xiàn)是基礎(chǔ)研究成果和技術(shù)創(chuàng)新成果的兩種不同的表現(xiàn)形式。二者在結(jié)構(gòu)和文字表達(dá)上雖屬于異構(gòu)文獻(xiàn)，但如從內(nèi)容上將二者有效整合，形成新的文獻(xiàn)信息，并合并采用文獻(xiàn)計(jì)量分析，那么，此類分析結(jié)果在全面性和準(zhǔn)確性上比單一文獻(xiàn)源分析更有優(yōu)勢(shì)，尤其是對(duì)需要研究?jī)?yōu)勢(shì)領(lǐng)域研發(fā)重點(diǎn)、預(yù)測(cè)未來技術(shù)研究熱點(diǎn)等，大有裨益。

目前已有部分學(xué)者運(yùn)用情報(bào)學(xué)視角進(jìn)行核心技術(shù)、研究熱點(diǎn)以及國(guó)際態(tài)勢(shì)等的研究。任佳妮等運(yùn)用專利情報(bào)和文獻(xiàn)計(jì)量分析方法，對(duì)國(guó)內(nèi)關(guān)于3D打印技術(shù)的授權(quán)專利和核心期刊論文，識(shí)別國(guó)內(nèi)3D打印技術(shù)領(lǐng)域核心技術(shù)和研究熱點(diǎn)[9]。孫軼楠等基于科學(xué)論文和專利信息,從科學(xué)研究和技術(shù)研發(fā)兩方面對(duì)基因測(cè)序技術(shù)的國(guó)際研發(fā)態(tài)勢(shì)進(jìn)行綜合分析[10]。王坤等基于Web of Science科技論文和Derwent專利文獻(xiàn)，提取文本關(guān)鍵詞并構(gòu)建相異共現(xiàn)矩陣，采用多維聚類方法識(shí)別研究熱點(diǎn)主題，通過對(duì)比科技論文和專利文獻(xiàn)研究熱點(diǎn)主題的差異來識(shí)別金屬3D打印的技術(shù)機(jī)會(huì)[11]。因此，該文將論文與專利數(shù)據(jù)相結(jié)合，基于情報(bào)學(xué)視角，從科學(xué)研究和技術(shù)研發(fā)兩種不同角度研究全球醫(yī)療機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域創(chuàng)新態(tài)勢(shì)；并通過高頻關(guān)鍵詞共詞聚類分析，對(duì)比科技論文和專利的研究主題，進(jìn)而揭示全球醫(yī)療機(jī)器人技術(shù)研究現(xiàn)狀，并確定國(guó)內(nèi)醫(yī)療機(jī)器人的未來主要研究方向。

2 數(shù)據(jù)來源及研究方法

2.1 數(shù)據(jù)采集及清洗

該文選擇Web of Science(WOS)論文數(shù)據(jù)庫(kù)作為論文數(shù)據(jù)源，Derwent Innovation(DI)專利數(shù)據(jù)庫(kù)作為專利數(shù)據(jù)源，構(gòu)建以“醫(yī)療機(jī)器人”為主題的檢索式，具體為TAB/TI=(medical*or medicine or surgery or simulation or recovery or medical service or health service or assist or capsule or nano-targeting or nurs*or diagnosis) and (robot*or manipulat*) not TAB/TI = industrial*，檢索年限為2009-2018年，其中專利數(shù)據(jù)按申請(qǐng)年進(jìn)行檢索。論文數(shù)據(jù)選取article文獻(xiàn)，再結(jié)合WOS學(xué)科的Robotics、Surgery、Nursing、Computer Science、Mechanics等學(xué)科分類進(jìn)行數(shù)據(jù)精煉，最終論文檢索結(jié)果為11 079篇。專利數(shù)據(jù)首先進(jìn)行同族合并，再結(jié)合德溫特手工代碼(DWPI)P33、P41、P42、P43、P61以及P62等，輔以IPC分類號(hào)A61、B25以及G05等，最終檢索到6 118項(xiàng)。

2.2 分析方法

該文采用文獻(xiàn)計(jì)量法、專利分析法、文本分析法以及頭腦風(fēng)暴法，基于海量論文與專利數(shù)據(jù)，對(duì)全球醫(yī)療機(jī)器人發(fā)文趨勢(shì)、國(guó)家分布進(jìn)行分析，確定中國(guó)在該領(lǐng)域中的全球競(jìng)爭(zhēng)地位；基于關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析，確定醫(yī)療機(jī)器人論文和專利的研究熱點(diǎn)；再通過集對(duì)分析，對(duì)比論文和專利研究熱點(diǎn)的差異，從而揭示全球醫(yī)療機(jī)器人技術(shù)研究現(xiàn)狀，并確定醫(yī)療機(jī)器人未來研究方向。

3 醫(yī)療機(jī)器人創(chuàng)新態(tài)勢(shì)分析

3.1 科學(xué)研究態(tài)勢(shì)

3.1.1 SCI發(fā)文量年度趨勢(shì)

2009-2018年，醫(yī)療機(jī)器人全球SCI發(fā)文量穩(wěn)步上升；其中2009-2016年間，年增長(zhǎng)率均為10%左右；2017年全球發(fā)文量較2016年增長(zhǎng)了16.3%，這與該年以機(jī)器人科技為代表的智能產(chǎn)業(yè)蓬勃興起有極大的關(guān)系。中國(guó)醫(yī)療機(jī)器人SCI發(fā)文趨勢(shì)與全球發(fā)文趨勢(shì)一致，整體呈上升趨勢(shì)；同樣2017年，中國(guó)發(fā)文量出現(xiàn)大幅度增長(zhǎng)，較2016年增長(zhǎng)了31.2%。但美國(guó)在2015年醫(yī)療機(jī)器人發(fā)文量較上年略有下降，且2016年后，中國(guó)醫(yī)療機(jī)器人SCI發(fā)文量首次超過美國(guó)(見圖1)。

圖1 醫(yī)療機(jī)器人SCI國(guó)際發(fā)文量及中美發(fā)文量年度趨勢(shì)

3.1.2 主要發(fā)文國(guó)家

全球醫(yī)療機(jī)器人技術(shù)SCI發(fā)文按所屬國(guó)家劃分，TOP 10國(guó)家及發(fā)文量所占比例見表1。美國(guó)、中國(guó)和韓國(guó)發(fā)文量位列全球前三，約占全球發(fā)文量的六成；其中，中美兩國(guó)發(fā)文量均在2 600篇以上，韓國(guó)發(fā)文量?jī)H有1 003篇。充分說明中美兩國(guó)在醫(yī)療機(jī)器人基礎(chǔ)研究領(lǐng)域優(yōu)勢(shì)明顯。

表1 醫(yī)療機(jī)器人SCI發(fā)文量TOP 10國(guó)家

將中美等主要國(guó)家發(fā)文按WOS類別歸類，TOP 10研究類別發(fā)文量見圖2。

圖2 醫(yī)療機(jī)器人SCI發(fā)文量主要國(guó)家TOP 10研究領(lǐng)域分布

由圖可知，美國(guó)、日本以及意大利對(duì)醫(yī)療機(jī)器人的應(yīng)用主要分布在泌尿科&腎臟科、外科學(xué)以及機(jī)器人技術(shù)；中國(guó)則在機(jī)器人技術(shù)、自動(dòng)化與控制系統(tǒng)以及電氣與電子工程學(xué)方面研究醫(yī)療機(jī)器人較多；韓國(guó)醫(yī)療機(jī)器人研究側(cè)重于外科學(xué)、自動(dòng)化與控制系統(tǒng)以及機(jī)器人技術(shù)中應(yīng)用。

3.1.3 研究熱點(diǎn)分析

將全球SCI論文作者關(guān)鍵詞進(jìn)行聚類，運(yùn)用UCINET軟件將高頻主題詞(出現(xiàn)頻率≥5次)之間的相關(guān)性作進(jìn)一步共詞聚類分析，設(shè)定點(diǎn)度中心度參數(shù)得到高頻主題詞網(wǎng)絡(luò)圖。網(wǎng)絡(luò)圖將原本孤立的論文關(guān)鍵詞以網(wǎng)絡(luò)形式綜合展現(xiàn)在一張圖中，形成了以高頻關(guān)鍵詞為核心，共現(xiàn)關(guān)系為連線的知識(shí)圖譜，直觀展現(xiàn)了技術(shù)領(lǐng)域研究熱點(diǎn)[12]。

醫(yī)療機(jī)器人論文高頻主題詞共詞聚類分析結(jié)果如圖3所示，主要包含3個(gè)研究熱點(diǎn)主題：主題1#—主要采用醫(yī)療機(jī)器人輔助外科手術(shù)、腹腔鏡手術(shù)、前列腺切除術(shù)、膽囊切除術(shù)以及膀胱切除術(shù)等；主題2#—屬于醫(yī)療機(jī)器人的細(xì)分類，具體有穿戴式機(jī)器人、蛇形機(jī)器人以及康復(fù)機(jī)器人等；主題3#—醫(yī)療機(jī)器人動(dòng)力學(xué)研究，包括路徑規(guī)劃、軌跡追蹤、運(yùn)動(dòng)建模以及導(dǎo)航等。

圖3 醫(yī)療機(jī)器人論文研究熱點(diǎn)主題

3.2 技術(shù)研發(fā)態(tài)勢(shì)

3.2.1 全球?qū)＠暾?qǐng)年度趨勢(shì)

2009-2018年，醫(yī)療機(jī)器人全球?qū)＠暾?qǐng)量整體呈上升趨勢(shì)，但2012年和2014年較上一年略有下降；2014年以后，全球?qū)＠暾?qǐng)量增速較快，年均增長(zhǎng)率約為20%。中國(guó)與全球趨勢(shì)略有不同之處在于，2014年中國(guó)醫(yī)療機(jī)器人專利申請(qǐng)量較上一年略有增加；同時(shí)，在2014年后專利申請(qǐng)量增速基本與全球增速一致。但美國(guó)在2014年后專利申請(qǐng)量增速變緩，致使2016年后，中國(guó)專利申請(qǐng)量首次超過美國(guó)(見圖4)。

圖4 醫(yī)療機(jī)器人全球?qū)＠暾?qǐng)量及中美申請(qǐng)量年度趨勢(shì)

3.2.2 專利申請(qǐng)國(guó)家分布

按專利申請(qǐng)人所在國(guó)家劃分，TOP 10國(guó)家/組織及申請(qǐng)量所占比例見表2。美國(guó)、中國(guó)和韓國(guó)專利申請(qǐng)量位列全球前三，其申請(qǐng)總數(shù)超過全球?qū)＠暾?qǐng)量的80%；其中，中美兩國(guó)專利申請(qǐng)量均在2 200項(xiàng)以上，而韓國(guó)專利申請(qǐng)量?jī)H為337項(xiàng)。這也充分說明，中美兩國(guó)已成為醫(yī)療機(jī)器人技術(shù)研發(fā)的核心力量。

表2 醫(yī)療機(jī)器人全球?qū)＠暾?qǐng)TOP 10國(guó)家/組織

選取美國(guó)、中國(guó)、韓國(guó)以及日本等主要國(guó)家，按德溫特手工代碼進(jìn)行醫(yī)療機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域劃分，見圖5。

圖5 醫(yī)療機(jī)器人主要國(guó)家專利申請(qǐng)TOP5技術(shù)領(lǐng)域分布

由圖可知，醫(yī)療電氣設(shè)備和外科診斷是各國(guó)專利申請(qǐng)的主要技術(shù)領(lǐng)域，除此之外，美國(guó)醫(yī)療機(jī)器人還側(cè)重在數(shù)字計(jì)算機(jī)領(lǐng)域；中國(guó)則側(cè)重口腔管理領(lǐng)域；而韓國(guó)和日本均側(cè)重于醫(yī)療應(yīng)用。

3.2.3 技術(shù)研究熱點(diǎn)分析

基于專利文獻(xiàn)的高頻關(guān)鍵詞進(jìn)行可視化聚類分析，繪制醫(yī)療機(jī)器人專利地圖，呈現(xiàn)出3個(gè)醫(yī)療機(jī)器人的技術(shù)研發(fā)熱點(diǎn)主題(見圖6)。其中，主題1#—主要為醫(yī)療機(jī)器人基礎(chǔ)技術(shù)研究，包括X射線、超聲波影像融合、軌跡模型以及云端通訊等；主題2#—主要為醫(yī)療機(jī)器人應(yīng)用研究，包括輔助步行、關(guān)節(jié)置換以及康復(fù)訓(xùn)練等；主題3#—主要為醫(yī)療機(jī)器人動(dòng)力學(xué)研究，包括運(yùn)動(dòng)機(jī)制、力反饋以及操作驅(qū)動(dòng)等。

圖6 醫(yī)療機(jī)器人全球?qū)＠夹g(shù)研發(fā)熱點(diǎn)主題

結(jié)合全球?qū)＠貓D，進(jìn)一步分析中美兩國(guó)專利申請(qǐng)技術(shù)研發(fā)熱點(diǎn)可知，美國(guó)較為注重在醫(yī)療機(jī)器人的影像融合、軌跡模型等基礎(chǔ)技術(shù)以及運(yùn)動(dòng)建模、力反饋等動(dòng)力學(xué)的研究；中國(guó)側(cè)重在云端通訊、按摩輔助機(jī)器人以及康復(fù)訓(xùn)練等方面的研究。

4 結(jié)束語

從科學(xué)研究和技術(shù)研發(fā)兩種不同角度對(duì)比SCI論文和全球?qū)＠麛?shù)據(jù)，醫(yī)療機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域的創(chuàng)新研發(fā)態(tài)勢(shì)呈現(xiàn)以下幾個(gè)特點(diǎn)：

(1)從發(fā)展趨勢(shì)看：2009-2018年，醫(yī)療機(jī)器人的SCI發(fā)文量和全球?qū)＠暾?qǐng)量年度趨勢(shì)一致，整體均穩(wěn)步上升。2016年以后，以機(jī)器人科技為代表的智能產(chǎn)業(yè)蓬勃興起，致使SCI發(fā)文量和全球?qū)＠暾?qǐng)量也大幅度增長(zhǎng)；這說明，學(xué)者在進(jìn)行醫(yī)療機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)研究的同時(shí)，技術(shù)應(yīng)用活動(dòng)也在同步開展，該技術(shù)在科學(xué)研究和技術(shù)研發(fā)之間的轉(zhuǎn)化較快。

(2)從發(fā)文(申請(qǐng))國(guó)家看：醫(yī)療機(jī)器人技術(shù)的科學(xué)研究和技術(shù)研發(fā)主要集中在美國(guó)、中國(guó)、韓國(guó)及日本等4個(gè)國(guó)家。美國(guó)和中國(guó)作為醫(yī)療機(jī)器人技術(shù)的基礎(chǔ)研究和技術(shù)應(yīng)用的核心力量，SCI發(fā)文量和專利申請(qǐng)量均位于全球前列，其研究?jī)?yōu)勢(shì)明顯。說明中國(guó)醫(yī)療機(jī)器人技術(shù)的科學(xué)研究和技術(shù)研發(fā)已處于國(guó)際領(lǐng)先水平。但中美兩國(guó)針對(duì)醫(yī)療機(jī)器人技術(shù)的研究不盡相同，如美國(guó)注重醫(yī)療機(jī)器人在泌尿科&腎臟科、外科學(xué)中的應(yīng)用基礎(chǔ)研究；中國(guó)則側(cè)重研究醫(yī)療機(jī)器人的自動(dòng)化與控制系統(tǒng)。美國(guó)較為注重在醫(yī)療機(jī)器人的影像融合、運(yùn)動(dòng)建模等方面的技術(shù)研發(fā)；中國(guó)側(cè)重在云端通訊、康復(fù)訓(xùn)練等方面的技術(shù)研發(fā)。

(3)從研究主題(熱點(diǎn))看：醫(yī)療機(jī)器人技術(shù)科學(xué)研究主題主要集中在醫(yī)療機(jī)器人輔助外科手術(shù)、動(dòng)力學(xué)(機(jī)構(gòu)控制)以及新型(特種)醫(yī)療機(jī)器人研究等；其技術(shù)研發(fā)主題主要集中在新一代醫(yī)療機(jī)器人基礎(chǔ)技術(shù)、動(dòng)力學(xué)(機(jī)構(gòu)控制)以及輔助應(yīng)用研究等。二者主題涵蓋內(nèi)容既有區(qū)別又有聯(lián)系。這說明，醫(yī)療機(jī)器人技術(shù)具有深厚的理論基礎(chǔ)，且技術(shù)應(yīng)用活動(dòng)也比較活躍；其強(qiáng)大的理論支撐是技術(shù)良性發(fā)展的重要?jiǎng)恿Γ呦噍o相成，共同促使醫(yī)療機(jī)器人技術(shù)發(fā)展走向成熟。同時(shí)，可以預(yù)測(cè)新一代醫(yī)療機(jī)器人基礎(chǔ)技術(shù)、新型(特種)醫(yī)療機(jī)器人以及醫(yī)療機(jī)器人輔助應(yīng)用研究將是未來研究主要研究方向。

據(jù)國(guó)際機(jī)器人聯(lián)盟(IFR)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2018年中國(guó)智能醫(yī)療機(jī)器人市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到34億元，預(yù)計(jì)到2025年，中國(guó)智能醫(yī)療機(jī)器人市場(chǎng)規(guī)模將突破百億元[13]。新冠肺炎的快速傳播，迫使中國(guó)的醫(yī)療機(jī)構(gòu)承受著壓力，并加快了采用機(jī)器人的步伐。在疫情期間使用醫(yī)療機(jī)器人，這或許是中國(guó)下一個(gè)階段機(jī)器人技術(shù)和應(yīng)用的一個(gè)亮點(diǎn)，“人工智能+醫(yī)療”將帶來一場(chǎng)新的醫(yī)療技術(shù)革命；隨之而來的將是更多的企業(yè)加入到醫(yī)療機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化隊(duì)伍中，醫(yī)療機(jī)器人商業(yè)化、市場(chǎng)化的步伐將不斷加快[14-18]。