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來源：Remebot
提到醫(yī)療機(jī)器人，很多概念級(jí)詞匯都來自國外：大白也好,，達(dá)芬奇也罷,，這些機(jī)器人代表了國際最先進(jìn)的理念和產(chǎn)品。手術(shù)機(jī)器人從1980年代發(fā)展至今，國內(nèi)也有很多團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了相關(guān)領(lǐng)域的嘗試,，本文將其研發(fā)歷程和現(xiàn)狀進(jìn)行一一梳理,。
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，國內(nèi)率先展開手術(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
國內(nèi)最早的手術(shù)機(jī)器人嘗試是從1997年開始的,，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),。 通過機(jī)器人自動(dòng)定位,，無需再使用框架定位，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。國內(nèi)的膠囊內(nèi)鏡研究也開始較早,，OMOM 是重慶金山科技集團(tuán)在國家“863計(jì)劃”,、國際合作計(jì)劃等多個(gè)國家級(jí)科研項(xiàng)目的資助下，經(jīng)過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)的開發(fā),，拿出了原理樣機(jī)；經(jīng)過一系列的動(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)定性等問題。在針對(duì)骨盆骨折,、長骨骨折等復(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”,，其成為國內(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,，隸屬國家 863 計(jì)劃資助項(xiàng)目,，主要研發(fā)團(tuán)隊(duì)來自天津大學(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)院院長王樹新的介紹,，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,，國外醫(yī)療機(jī)器人產(chǎn)品也在積極拓展中國市場(chǎng)，如妙手的直接競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手達(dá)芬奇在中國的擴(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,。綜合來看,，國內(nèi)的醫(yī)療機(jī)器人產(chǎn)品普遍進(jìn)入了高校科研和臨床試驗(yàn)向產(chǎn)業(yè)化過渡的重要時(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),、沈陽自動(dòng)化研究所研制的脊柱外科機(jī)器人系統(tǒng)等。
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