主要功能模塊

通常，手術(shù)機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)者的使用場景。

因此，國內(nèi)率先展開手術(shù)機器人研究的團隊大多由理工科院校的機械專業(yè)專家學(xué)者和對應(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)、計算機圖像圖形學(xué)、機器人學(xué)、醫(yī)學(xué)等眾多學(xué)科，研發(fā)出符合臨床使用標準和手術(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)機器人專家王田苗教授主導(dǎo)。該神經(jīng)外科機器人采用 PUMA 262 被動式五關(guān)節(jié)機械臂，1998 年進入國家 863 計劃課題。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。立體定向儀的發(fā)明是為了輔助醫(yī)生準確定位患者頭部病灶，同時充當(dāng)手術(shù)操作平臺。醫(yī)生用四顆螺釘將框架固定在患者頭部，通過空間坐標換算出病灶位置，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)機器人 Remebot 是基于立體定向的思路，手術(shù)中機器人的計算機軟件系統(tǒng)、機械臂和攝像頭分別充當(dāng)“腦”、“手”、“眼”，協(xié)作實現(xiàn)兩個核心功能：。

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；。

二是按命令軌跡運動將安裝在其末端的手術(shù)器械準確送達患者頭部病灶點；。

三是按指令軌跡帶動手術(shù)器械運動完成輔助操作任務(wù)。 通過機器人自動定位，無需再使用框架定位，減輕患者痛苦，提高手術(shù)精準度。

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)置攝像與信號傳輸裝置的智能膠囊達到圖像收集的目的。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)鏡已進入臨床使用，于 2002 年進入中國。

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在國家“863計劃”、國際合作計劃等多個國家級科研項目的資助下，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，團隊初完成了膠囊內(nèi)鏡關(guān)鍵技術(shù)的開發(fā)，拿出了原理樣機；經(jīng)過一系列的動物試驗之后，2004年6月實現(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動節(jié)奏沿著胃→十二指腸→空腸與回腸→結(jié)腸→直腸的方向運行，同時對經(jīng)過的腔段連續(xù)攝像，并以數(shù)字信號傳輸圖像給病人體外攜帶的圖像記錄儀進行存儲記錄。這個小機器人的工作時間達6～8小時，吞服8～72小時后就會隨糞便排出體外。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消化道的情況，從而對病情做出診斷。

膠囊內(nèi)鏡核心模塊是遠程可控的 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。

2005：雙平面骨科機器人，天智航

雙平面骨科機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，機器人可以在髓內(nèi)釘插入長骨髓腔之后， 輔助確定遠端螺孔的位置和方向，進而提高手術(shù)精度。術(shù)中引入 C 臂實時 X 線圖像，再結(jié)合光電、電磁、機器人等不同的定位系統(tǒng)確定髓內(nèi)釘遠端孔的位置，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”，股票代碼834360，成為國內(nèi)首家在新三板掛牌的醫(yī)療機器人企業(yè)。

2014：腔鏡機器人，妙手

“妙手”是類似于達芬奇的主從式腔鏡手術(shù)機器人，隸屬國家 863 計劃資助項目，主要研發(fā)團隊來自天津大學(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兔子頸部和腿部動脈進行了血管吻合手術(shù)。

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

與達芬奇類似，這類主從式手術(shù)機器人對醫(yī)生而言主要有以下幾方面的價值：

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，且手部抖動也會被適當(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，機械臂末端的攝像頭帶來的直視效果更為準確；

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

根據(jù)天津大學(xué)機械學(xué)院院長王樹新的介紹，妙手在三個方面實現(xiàn)了重要突破：

一是運用了微創(chuàng)手術(shù)器械多自由度絲傳動解耦設(shè)計技術(shù)，解決了運動耦合問題，固定、防滑、防松，更有利于精度保持；

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

三是運用系統(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-器械運動的一致性。進入人體內(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)生只需通過計算機遙控，就能進行需要往常多人才能完成的手術(shù)。

就目前而言，國外醫(yī)療機器人產(chǎn)品也在積極拓展中國市場，如妙手的直接競爭對手達芬奇在中國的擴張速度極快，截至2015年11月，大陸和香港地區(qū)共引入了 46 臺，2015年第三季度手術(shù)量實現(xiàn)同比 15% 的增長。

綜合來看，國內(nèi)的醫(yī)療機器人產(chǎn)品普遍進入了高?？蒲泻团R床試驗向產(chǎn)業(yè)化過渡的重要時期。以上四個產(chǎn)品商業(yè)化相對較快，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)機器人系統(tǒng)、沈陽自動化研究所研制的脊柱外科機器人系統(tǒng)等。（來源：Remebot）