本文作者《医牛循证健康资讯》特约专家顾问团队成员何超博士，我国著名医用机器人专家，早年毕业于天津大学，机械电子工程博士，美国约翰霍普金斯大学访问学者。现任上海微创医疗器械（集团）有限公司医疗机器人项目总监，专注于医疗机器人理论与技术研究与研发。曾参与与领导多个医疗机器人研究项目，并在国际权威期刊上发表多篇署名文章。

自从二十世纪八十年代人类首次将机器人技术应用于CT导航下的脑外科穿刺手术以来，外科手术机器人技术开始迅速地发展与壮大。现阶段，机器人手术已经全面推广，全世界年机器人手术执行例数超过52万例。机器人微创手术是机器人外科手术最重要的发展方向，在美国泌尿外科领域，50%以上的病人主动选择机器人微创手术，90％以上的前列腺癌根治术使用微创手术机器人完成。得益于临床医学、机器人技术、机构学、计算机控制、材料科学、数字化诊断等诸多学科的最新发展成果，机器人微创手术技术一方面实现了复杂手术的微创化、提高了手术操作的精度与质量、增强了手术安全性，另一方面将计算机的强大信息处理、判断能力与医生的丰富经验相结合，在手术运动操作中融入各种数字化手术诊断信息、计算机辅助判断与监控、实时操作评估与约束，将外科手术带入全新的发展阶段，因此，机器人微创手术被誉为第三次外科手术革命。

腹腔镜微创手术

腹腔镜微创手术是传统手术的革新，在腹腔镜微创手术中，手术医生通过病人体表上的几个切入口（直径5-15 mm）置入内窥镜与多个腔镜手术工具进行手术操作。与传统的开放手术相比较，腹腔镜微创手术能够显著降低手术创伤，减少病人痛苦、降低手术并发症风险、减小术中出血、缩短术后恢复时间、减小手术疤痕并降低手术成本。由于这些显著优点，微创外科手术迅速成熟并广泛应用于外科手术各个方面，包括腹腔镜外科、胸腔外科、骨盆镜外科、耳鼻喉外科、显微外科、骨外科等。

在腹腔镜微创手术中，手术医生以手术切入点为支点执行反杠杆操作，导致手术工具末端移动方向与手术医生操作方向相反。同时，人体体表对操作区域与手术区域的物理隔断阻断了医生与操作对象的直接相互作用，造成医生对手术场景感知的弱化。最为严重的是，由于手术切入口的约束，腹腔镜微创手术缺失了两个工具腕部自由度，大大削弱了手术操作的末端灵活性，使得医生难以高效地实施精细分离、缝合、打结等复杂手术操作。以上的这些特性使得腹腔镜微创手术对医生的手术操作技能提出更高的要求，增大了医生训练学习难度与时间，手术精度和质量差，手术效果易受主刀医生疲劳、操作不稳定等因素影响，潜在地增加了手术并发症的风险。腹腔镜微创手术仅能用于执行比较简单的手术。

机器人微创手术

为了克服腹腔镜微创手术存在的不足，机器人微创手术应运而生。典型的机器人微创手术运用主从操作（即遥操作）的模式，手术过程中，机器人代替医生在病人端握持手术工具执行手术操作，医生在主操作台对机器人进行遥操作。与传统的开放手术与腹腔镜微创手术相比，机器人微创手术具有如下的优点：

更高的末端灵活性：机器人微创手术在手术工具末端增加多自由度手腕，重建狭窄空间内的多自由度运动能力，从根本上提高手术工具末端的运动灵活性与可操作性，提升机器人对复杂手术的适应能力与安全性；

高精度手术操作：计算机控制、伺服控制技术、精密机电传动技术的运用使得微创手术机器人能够高精度、稳定地驱动手术工具末端运动，获得远胜于手动操作的运动精度与手术质量；

高清立体视觉：机器人微创手术运用立体内窥镜与3D立体成像系统建立手术场景的高清立体视觉反馈，使医生能够获得运动与操作的深度信息，也能够身临其境地感受手术场景的环境信息，便于医生清晰精确地进行组织定位和器械操作；

直观操作：主从操作模式的运用使得医生能够像开放手术一样直观地进行操作，机器人系统自动检测医生手部的动作并控制手术工具模仿医生的操作动作，这样的操作模式避免了反杠杆操作带给医生的困扰，降低了手术操作难度、提升了手术操作的舒适度进而增加手术效果与质量稳定性。

da Vinci微创手术机器人 

da Vinci微创手术机器人是目前世界上最先进的手术平台，它将机器人技术与微创手术相结合，可以实施复杂的微创外科手术，并显著提高手术质量与安全性。其第一代系统于2001年研制成功并取得美国FDA认证。到目前为止da Vinci系列微创手术机器人已经发展了四代。这些系统的基本构架类似，但在具体子部件方面又有所改进与升级。da Vinci机器人主要由病人端机器人、主操作台、立体视觉系统等三部分组成，病人端机器人包含一个图像臂、二至三个工具臂、立体内窥镜、手术工具等。da Vinci微创手术机器人的手术工具具有额外增加的两个腕部自由度，能够获得远超人手的运动灵活度。主操作台由检测医生手部运动的两个主操作机器人与立体视觉系统组成，立体视觉系统能够完美地再现高清三维手术视觉场景。
da Vinci微创手术机器人应用情况

da Vinci手术机器人近年来装机数量快速增长。截止2014年3月31日，全球装机总数为3039台；其中美国2116台，欧洲488台，亚洲311台，其他地区124台。2013年，全球完成da Vinci机器人手术共计52万例，2012年为46万例，da Vinci机器人年手术量同比增长15%。

中国大陆目前装备da Vinci手术机器人18台，主要分布在各个地区的三甲医院与军区医院。根据卫生部2013-2015年da Vinci手术机器人配置规划，至2015年底，全国拥有da Vinci手术机器人的数量将达到60台。部分医院装备da Vinci手术机器人的积极性非常高，如北京301解放军总医院一家就装备了5台da Vinci手术机器人。

da Vinci微创手术机器人的不足

尽管da Vinci手术机器人在全球迅速广泛普及，但是医学界与工业界对da Vinci的一些不足也提出了改进意见，较为重要的一些缺点如下：

体积庞大：da Vinci手术机器人由三大部分组成，其中从操作机器人高达2m，占据了病人上方的主要操作区域，潜在增加了手术风险，同时da Vinci手术必须配置特殊的手术室，难以与现有手术资源兼容；

机械臂干涉：机器人工具臂体积庞大，术中干涉严重问题严重，医生往往需要在术中暂停手术进行机械臂调整；

缺乏力感觉：机器人仅具有视觉反馈，医生只能获得手术视觉信息反馈，失去了开放手术中的力信息反馈功能，造成手术临场感较差；

价格昂贵：da Vinci手术机器人装机费用约300万美元，单次手术耗材费用约5000美元，极大地增加了患者的手术费用，也限制了在发展中国家的推广与普及。

微创手术机器人发展趋势  

微创手术机器人突破了传统腹腔镜微创手术的限制，在手术适应症、手术精度、手术质量等方面取得巨大进步。现在，微创手术机器人的研究不断深入，最新发展方向包括：

手术机器人的微型化：微型化是手术机器人研究的重要主题，小型、轻量化的手术机器人系统能够减少机器人术中干涉、增强手术操作安全性，提高操作性能并降低设备成本；

微创手术向更广阔的领域扩展：da Vinci手术机器人实现了腹腔、胸腔、盆腔手术的微创化，大量的研究工作正致力于开发用于耳鼻喉科、骨科、神经外科、眼科等人体其他部位的微创手术机器人；

术中多信息反馈：现阶段，微创手术机器人运用视觉信息实现反馈操作，最新的研究成果能够将术中力信息、触觉信息、组织解剖结构信息等多种信息融合并反馈给医生，使手术操作更加透明，提高手术质量与安全性；

突破医生运动、感知物理极限：传统手术中，医生难以执行极精细操作。手术机器人能够将手术操作的视觉、力觉信息反馈放大，并将医生的宏观动作映射为细微运动，使医生获得“超人”的手术操作与感知能力。

手术操作智能化：手术机器人实现了手术操作的数字化，能够综合计算机判断、医学信息融合、虚拟现实等各种智能医学技术手段，实现术前模拟、术中指引、危险动作预警与约束、术后评估等智能手术操作。

医牛点评：

机器人微创手术是传统开放手术与腹腔镜微创手术的进一步发展与挑战，标志着外科手术技术进入了机器人手术时代。机器人微创手术的发展必将给人类带来更加安全、高效、优质的外科手术服务。

循证来源：何超，机械电子工程博士，中国医用机器人专家，美国约翰霍普金斯大学访问学者