主要功能模塊

通常，手術(shù)機(jī)器人主要的功能模塊如下圖所示。中間模塊是最為核心的軟件開(kāi)發(fā)部分，包含圖像重構(gòu)、空間配準(zhǔn)和定位控制等；而周圍的硬件輔助設(shè)施如醫(yī)學(xué)圖像采集、機(jī)器人裝置和定位裝置需要與臨床手術(shù)的空間要求完全契合；人機(jī)交互與顯示則是與醫(yī)生交互最為密集的部分，需要充分考慮手術(shù)需求和術(shù)者的使用場(chǎng)景。

因此，國(guó)內(nèi)率先展開(kāi)手術(shù)機(jī)器人研究的團(tuán)隊(duì)大多由理工科院校的機(jī)械專業(yè)專家學(xué)者和對(duì)應(yīng)醫(yī)院的相關(guān)科室醫(yī)生構(gòu)成，結(jié)合放射影像學(xué)、計(jì)算機(jī)圖像圖形學(xué)、機(jī)器人學(xué)、醫(yī)學(xué)等眾多學(xué)科，研發(fā)出符合臨床使用標(biāo)準(zhǔn)和手術(shù)需求的產(chǎn)品。

1997：神經(jīng)外科，Remebot

國(guó)內(nèi)最早的手術(shù)機(jī)器人嘗試是從1997年開(kāi)始的，由解放軍海軍總醫(yī)院的神經(jīng)外科專家田增民醫(yī)生和北京航空航天大學(xué)機(jī)器人專家王田苗教授主導(dǎo)。該神經(jīng)外科機(jī)器人采用 PUMA 262 被動(dòng)式五關(guān)節(jié)機(jī)械臂，1998 年進(jìn)入國(guó)家 863 計(jì)劃課題。最新一代名為 Remebot（下圖），目前已投入臨床使用。

神經(jīng)外科手術(shù)一直存在手術(shù)空間小、定位困難等痛點(diǎn)。立體定向儀的發(fā)明是為了輔助醫(yī)生準(zhǔn)確定位患者頭部病灶，同時(shí)充當(dāng)手術(shù)操作平臺(tái)。醫(yī)生用四顆螺釘將框架固定在患者頭部，通過(guò)空間坐標(biāo)換算出病灶位置，手術(shù)器械則裝載于框架結(jié)構(gòu)上。

該技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于腦腫瘤、膿腫和血腫的手術(shù)治療中，由于手術(shù)創(chuàng)傷較開(kāi)顱手術(shù)而言小一些，患者多數(shù)愿意接受這種治療方法。

神經(jīng)外科手術(shù)機(jī)器人 Remebot 是基于立體定向的思路，手術(shù)中機(jī)器人的計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)、機(jī)械臂和攝像頭分別充當(dāng)“腦”、“手”、“眼”，協(xié)作實(shí)現(xiàn)兩個(gè)核心功能：。

一是將醫(yī)學(xué)影像三維呈現(xiàn)，輔助醫(yī)生更加清晰全面地觀察病灶，完成手術(shù)規(guī)劃；。

二是按命令軌跡運(yùn)動(dòng)將安裝在其末端的手術(shù)器械準(zhǔn)確送達(dá)患者頭部病灶點(diǎn)；。

三是按指令軌跡帶動(dòng)手術(shù)器械運(yùn)動(dòng)完成輔助操作任務(wù)。 通過(guò)機(jī)器人自動(dòng)定位，無(wú)需再使用框架定位，減輕患者痛苦，提高手術(shù)精準(zhǔn)度。

目前，Remebot 已成功應(yīng)用于臨床，搭載不同的手術(shù)器械可進(jìn)行活檢、抽吸、毀損、移植、放療等操作，適用于12類近百種神經(jīng)外科疾病，涵蓋腦出血、腦囊腫、帕金森病、癲癇、三叉神經(jīng)痛等。

膠囊內(nèi)鏡研究

胃鏡檢查的傳統(tǒng)方法是鏡身從受檢者的口腔經(jīng)咽部進(jìn)入食管及胃內(nèi)，易使敏感性較高的咽部受到刺激。膠囊內(nèi)鏡則是通過(guò)口服內(nèi)置攝像與信號(hào)傳輸裝置的智能膠囊達(dá)到圖像收集的目的。該技術(shù)最早于1990年代成型于以色列，目前 Given Imaging 公司的 M2A 膠囊內(nèi)鏡已進(jìn)入臨床使用，于 2002 年進(jìn)入中國(guó)。

國(guó)內(nèi)的膠囊內(nèi)鏡研究也開(kāi)始較早，OMOM 是重慶金山科技集團(tuán)在國(guó)家“863計(jì)劃”、國(guó)際合作計(jì)劃等多個(gè)國(guó)家級(jí)科研項(xiàng)目的資助下，經(jīng)過(guò)5年科技攻關(guān)研制而成的膠囊內(nèi)窺鏡系統(tǒng)。2004年，團(tuán)隊(duì)初完成了膠囊內(nèi)鏡關(guān)鍵技術(shù)的開(kāi)發(fā)，拿出了原理樣機(jī)；經(jīng)過(guò)一系列的動(dòng)物試驗(yàn)之后，2004年6月實(shí)現(xiàn)了第一代產(chǎn)品定型。

膠囊內(nèi)鏡的工作原理是：患者像服藥一樣將尺寸為φ13.0mm×27.9的智能膠囊吞下，它即隨著胃腸肌肉的運(yùn)動(dòng)節(jié)奏沿著胃→十二指腸→空腸與回腸→結(jié)腸→直腸的方向運(yùn)行，同時(shí)對(duì)經(jīng)過(guò)的腔段連續(xù)攝像，并以數(shù)字信號(hào)傳輸圖像給病人體外攜帶的圖像記錄儀進(jìn)行存儲(chǔ)記錄。這個(gè)小機(jī)器人的工作時(shí)間達(dá)6～8小時(shí)，吞服8～72小時(shí)后就會(huì)隨糞便排出體外。醫(yī)生通過(guò)影像工作站分析圖像記錄儀所記錄的圖像就可以了解病人整個(gè)消化道的情況，從而對(duì)病情做出診斷。

膠囊內(nèi)鏡核心模塊是遠(yuǎn)程可控的 MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems） 系統(tǒng)，背后是信息技術(shù)服務(wù)公司IBM為其提供的基于DB2數(shù)據(jù)庫(kù)的IT平臺(tái)。

2005：雙平面骨科機(jī)器人，天智航

雙平面骨科機(jī)器人是由北京航空航天大學(xué)和北京積水潭醫(yī)院合作研發(fā)的機(jī)器人系統(tǒng)， 主要適用于股骨頸空心釘內(nèi)固定術(shù)，骨盆骶髂關(guān)節(jié)螺釘內(nèi)固定術(shù)等骨科手術(shù)，解決傳統(tǒng)手術(shù)中需要反復(fù)X射線透視、定位困難和操作缺乏穩(wěn)定性等問(wèn)題。

在針對(duì)骨盆骨折、長(zhǎng)骨骨折等復(fù)雜部位骨折患者的螺釘固定術(shù)中，機(jī)器人可以在髓內(nèi)釘插入長(zhǎng)骨髓腔之后， 輔助確定遠(yuǎn)端螺孔的位置和方向，進(jìn)而提高手術(shù)精度。術(shù)中引入 C 臂實(shí)時(shí) X 線圖像，再結(jié)合光電、電磁、機(jī)器人等不同的定位系統(tǒng)確定髓內(nèi)釘遠(yuǎn)端孔的位置，有效降低術(shù)中輻射。

2015年11月19日，北京天智航醫(yī)療科技股份有限公司在全國(guó)中小企業(yè)股份轉(zhuǎn)讓系統(tǒng)（新三板）掛牌。股票名稱“天智航”，股票代碼834360，成為國(guó)內(nèi)首家在新三板掛牌的醫(yī)療機(jī)器人企業(yè)。

2014：腔鏡機(jī)器人，妙手

“妙手”是類似于達(dá)芬奇的主從式腔鏡手術(shù)機(jī)器人，隸屬國(guó)家 863 計(jì)劃資助項(xiàng)目，主要研發(fā)團(tuán)隊(duì)來(lái)自天津大學(xué)。該系統(tǒng)包含主操作手 （左手和右手）、從操作手 （左手和右手）、圖像系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、各種手術(shù)器械和其他輔助器械，可以在醫(yī)生控制下完成切割、分離、剝離、縫合、打結(jié)等手術(shù)操作，科研階段已成功地對(duì)兔子頸部和腿部動(dòng)脈進(jìn)行了血管吻合手術(shù)。

該系統(tǒng)于2014年進(jìn)入臨床試驗(yàn)階段，最早由中南大學(xué)湘雅三醫(yī)院采用新一代“妙手S”機(jī)器人，分別為3位患者進(jìn)行了胃穿孔修補(bǔ)和闌尾切除手術(shù)。如下圖所示，醫(yī)生通過(guò)操縱桿控制伸入患者體內(nèi)的機(jī)械臂，利用末端多樣的手術(shù)器械和靈活的腕部轉(zhuǎn)動(dòng)完成不同動(dòng)作。

與達(dá)芬奇類似，這類主從式手術(shù)機(jī)器人對(duì)醫(yī)生而言主要有以下幾方面的價(jià)值：

1.手術(shù)舒適度提高，醫(yī)生可以坐姿執(zhí)行腹腔鏡手術(shù)，手臂處有充分支撐，且手部抖動(dòng)也會(huì)被適當(dāng)減弱，避免疲勞；

2.成像效果好，相較傳統(tǒng)的腹腔鏡手術(shù)需根據(jù)視野內(nèi)物體形變判斷距離，機(jī)械臂末端的攝像頭帶來(lái)的直視效果更為準(zhǔn)確；

3.機(jī)械臂靈活，反饋率高，延遲微弱，可以完成各種復(fù)雜的動(dòng)作，且活動(dòng)范圍所受的限制小于人手。

根據(jù)天津大學(xué)機(jī)械學(xué)院院長(zhǎng)王樹(shù)新的介紹，妙手在三個(gè)方面實(shí)現(xiàn)了重要突破：

一是運(yùn)用了微創(chuàng)手術(shù)器械多自由度絲傳動(dòng)解耦設(shè)計(jì)技術(shù)，解決了運(yùn)動(dòng)耦合問(wèn)題，固定、防滑、防松，更有利于精度保持；

二是實(shí)現(xiàn)了從操作手的可重構(gòu)布局原理與實(shí)現(xiàn)技術(shù)，使機(jī)器人的“胳膊”更輕，更適應(yīng)手術(shù)的需要；

三是運(yùn)用系統(tǒng)異體同構(gòu)控制模型構(gòu)建技術(shù)，解決了立體視覺(jué)環(huán)境下手-眼-器械運(yùn)動(dòng)的一致性。進(jìn)入人體內(nèi)部的探視鏡頭突破了人眼的極限，可以將手術(shù)視野放大數(shù)倍甚至數(shù)十倍。醫(yī)生只需通過(guò)計(jì)算機(jī)遙控，就能進(jìn)行需要往常多人才能完成的手術(shù)。

就目前而言，國(guó)外醫(yī)療機(jī)器人產(chǎn)品也在積極拓展中國(guó)市場(chǎng)，如妙手的直接競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手達(dá)芬奇在中國(guó)的擴(kuò)張速度極快，截至2015年11月，大陸和香港地區(qū)共引入了 46 臺(tái)，2015年第三季度手術(shù)量實(shí)現(xiàn)同比 15% 的增長(zhǎng)。

綜合來(lái)看，國(guó)內(nèi)的醫(yī)療機(jī)器人產(chǎn)品普遍進(jìn)入了高?？蒲泻团R床試驗(yàn)向產(chǎn)業(yè)化過(guò)渡的重要時(shí)期。以上四個(gè)產(chǎn)品商業(yè)化相對(duì)較快，已經(jīng)稱得上業(yè)內(nèi)的佼佼者。國(guó)內(nèi)還有一些科研成果正在轉(zhuǎn)化，如哈爾濱工業(yè)大學(xué)研制的微創(chuàng)外科手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)、沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所研制的脊柱外科機(jī)器人系統(tǒng)等。（來(lái)源：Remebot）