在兩三厘米見方的人體空間內，機械臂可以如繡花般精細操作。如今，手術機器人正在讓很多原本無法想象的手術場景變?yōu)楝F實。其中，達芬奇外科手術機器人系統(tǒng)（以下簡稱“達芬奇手術機器人”）更是代表了該領域的尖端水平。

 

　　自2006年國內引進首臺達芬奇手術機器人以來，國內已累計開展了4萬多例機器人手術，涵蓋了泌尿外科、肝膽胰外科、胃腸外科、婦產科等多種手術。2月26日，國內首家達芬奇手術機器人基礎培訓基地在上海啟用，為國內外醫(yī)生提供國際化的培訓服務。未來，達芬奇手術機器人的應用將更為廣闊。

 

　　手術機器人究竟有何神奇之處？達芬奇手術機器人為何能多年來獨占鰲頭呢？

 

　　更明亮的“眼睛”和更靈活的“手”

 

　　早在去年，一段視頻就曾火遍網絡。視頻顯示在一個小小的玻璃瓶內，一顆葡萄在接受機器人做的皮膚縫合“手術”，這臺機器人就是達芬奇手術機器人。葡萄皮的長度不到2．5厘米，厚度不到1毫米，并且非常脆弱。在達芬奇手術機器人縫完最后一針后，這顆葡萄基本上保持完美狀態(tài)。整個手術過程快速而精準，讓不少人對達芬奇手術機器人拍手稱奇。但其實，對于醫(yī)療界來說，它已經不算新鮮事物。

 

　　以達芬奇系統(tǒng)為代表的手術機器人，是醫(yī)用機器人中的一種。

 

　　“醫(yī)用機器人是個很大的概念，根據國際標準術語，只要是在潛在能力上能用于醫(yī)療領域的機器人或者機器人化裝備，都可以叫作醫(yī)用機器人。”哈爾濱工業(yè)大學機器人研究所副所長杜志江介紹說，醫(yī)用機器人可以分為手術機器人、康復機器人、醫(yī)用服務機器人（即把服務機器人用于醫(yī)療領域）和機器人化的醫(yī)療裝備。

 

　　在杜志江看來，醫(yī)用機器人的作用不僅要能輔助醫(yī)生工作，擴展醫(yī)生的能力，不斷提高智能水平，同時要具有安全、有效的醫(yī)用性，否則就不可能走向臨床，同時要有靈活、柔性的臨床適用性和良好的交互性，以達到醫(yī)生、患者、機器之間和諧共存的狀態(tài)。

 

　　不可否認，手術機器人的出現是得益于外科領域對微創(chuàng)手術追求的大背景。“與傳統(tǒng)的開放式手術相比，腹腔鏡手術具有諸多優(yōu)點，現在也已經普遍開展了。但腹腔鏡手術器械操作對醫(yī)生技能要求非常高。同時，醫(yī)生長時間做手術會導致疲勞、手部顫抖，影響手術精度和質量。腹腔鏡手術器械的自由度也仍受限。于是，為了進一步提升微創(chuàng)手術的水平，手術機器人就應運而生了。”杜志江介紹說，手術機器人有幾大優(yōu)勢，一是具有多自由度的手術器械，使得手術更加靈巧；二是能提供給醫(yī)生放大的三維影像，讓手術做得更加精細；三是改變了此前手術的模式，原來是醫(yī)生站在患者旁邊手術，現在是坐在控制臺前手術，緩解了醫(yī)生的疲勞度；四是可以實現遠程手術，我們可以把機器人放在偏遠地區(qū)，由醫(yī)生遠程操控，使更多患者享受到高端器械的福利。

 

　　為何獨占鰲頭

 

 

　　全世界對手術機器人的探索在20世紀80年代就開始了。1985年，美國研究者就嘗試用工業(yè)機器人輔助進行腦組織活檢，這也是手術機器人的雛形。此后的上世紀80年代末90年代初，誕生了專門用于手術的外科機器，較有代表性的是RoboDoc外科手術機器人。1994年，美國Computer Motion公司研制的伊索（Aesop）持鏡機器人，實現了比人更精確、一致的鏡頭運動，邁出了機器人微創(chuàng)手術系統(tǒng)研發(fā)的關鍵一步，但它還不能獨自執(zhí)行指令進行手術操作，只是一只“扶鏡”的電子機械手。1996年，Computer Motion又研發(fā)出宙斯（Zeus）機器人外科手術系統(tǒng)，嘗試用于微創(chuàng)手術。

 

　　1999年，美國Intuitive Surgical公司發(fā)布了達芬奇外科手術機器人，從此為手術機器人研發(fā)和應用打開了一個新局面。達芬奇手術機器人由外科醫(yī)生控制臺、床旁機械臂系統(tǒng)和成像系統(tǒng)三部分組成。與人手相比，它的仿真手腕器械有7個自由度，更加靈活、精確，還可以自動濾除震顫，比人手更穩(wěn)定。此外，它的成像技術更加逼真，裸眼3D立體高清圖像可以將圖像放大10倍。自發(fā)布后，達芬奇手術機器人便一發(fā)不可收拾，迅速應用到世界各地，幾乎壟斷了全球的手術機器人市場，并一直延續(xù)至今。

 

　　2000年，達芬奇手術機器人被美國藥監(jiān)局正式批準投入使用認證，成為全球首套可以在腹腔手術中使用的手術機器人。301醫(yī)院在2006年底引進了中國大陸第一臺達芬奇手術機器人，并在2007年完成了第一例手術。2014年，達芬奇手術機器人更新了第四代系統(tǒng)。

 

　　在杜志江看來，達芬奇手術機器人之所以能夠獨占鰲頭，其對工程技術與醫(yī)療需求緊密結合的重視功不可沒。“我去Intuitive Surgical公司參觀時就看到，公司的工程技術人員每天的重要工作之一就是與醫(yī)生充分交流，使機器人最大程度滿足醫(yī)生的需要。”杜志江總結說，“達芬奇手術機器人有多條機械臂，用多臂協調的方式完成手術；它對人體切口位置的要求放寬了，在手術過程中，機械臂要從人身體的切口進入，如果切口要求太過嚴格，有些術式就不好操作了；此外，達芬奇手術機器人便于快捷擺位，減少了手術的準備時間。特別是當手術過程中發(fā)生意外要從微創(chuàng)手術轉為開放式手術時，就需要把手術機器人的器械在非常短的時間內撤除；達芬奇手術機器人的接口統(tǒng)一，減少了手術更換器械的時間；另外，它還可以按術式主動預設，不斷提高機器人的智能水平。這些年來，達芬奇手術機器人的研發(fā)一直在沿著這些方向往前走。”

 

　　醫(yī)工結合是重點

 

　　上世紀90年代，國內開始涉獵手術機器人的研究。典型的系統(tǒng)如北京航空航天大學和海軍總醫(yī)院聯合研制的腦外科手術機器人、北京航空航天大學研制的骨科手術機器人，都獲得了國家食品藥品監(jiān)督管理總局的認證。

 

　　此外，哈爾濱工業(yè)大學在腹腔鏡、骨科、介入手術等領域開展了研究，中國科學院自動化研究所等在血管介入、骨科等領域開展研究，天津大學在腹腔鏡、顯微外科等領域開展研究，北京理工大學在軟組織穿刺、顱頜面外科等領域開展研究，復旦大學、浙江大學等也都在醫(yī)用機器人方面開展了研究，并取得了成果。

 

　　杜志江認為，要做好手術機器人的研發(fā)，首先必須要注重醫(yī)工結合。“醫(yī)生要把手術操作流程、對手術機器人的使用需求和醫(yī)療應用禁忌講清楚，可以海闊天空地提出一些主觀性的內容。工程技術人員則需要傾聽、理解，確定設計輸入，規(guī)劃實現方式，然后用工學語言表達出來，拿出樣機后再跟醫(yī)生進行反復交流。醫(yī)生與工程技術人員一定要互動，這種互動可能是長期的。”

 

　　在杜志江看來，當前醫(yī)用機器人發(fā)展擁有良好的前景。當下，醫(yī)用機器人的全球市場正在持續(xù)高速增長，國內也陸續(xù)出臺了多個戰(zhàn)略規(guī)劃和支持政策促進機器人產業(yè)的健康和快速發(fā)展，包括《中國制造2025》《機器人產業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2016—2020年）》等，其中醫(yī)用機器人是重要的一部分。“作為機器人的一種，手術機器人在機構、傳感、控制、交互、互聯網等技術方面都有著無限的創(chuàng)新空間。”杜志江表示。

 

　　與此同時，手術機器人發(fā)展也面臨著來自技術、人才、資本、市場、政策等方面的挑戰(zhàn)。“手術機器人是高度技術密集型機器人系統(tǒng)，技術門檻高，需要機器人、醫(yī)療器械、醫(yī)學等各方面的人才，尤其是跨界的復合型人才。手術機器人的研發(fā)周期也較長，一般要6～10年，投資大，風險大，需要持續(xù)性投入。”杜志江說，“要想在手術機器人研發(fā)領域取得突出進展，就要建立‘政—產—學—研—醫(yī)’結合的長效機制，形成政府引導、資本支持、企業(yè)努力、研發(fā)團隊爭氣、醫(yī)生敢想敢試的局面，打通研發(fā)、注冊、生產、銷售的鏈條。這還需要多方共同努力。”