醫用機器人的歷史、發展與技術淺析

王吉

哈爾濱思哲睿智能醫療設備有限公司 黑龍江哈爾濱 150000

1 醫用機器人的歷史

首次有機器人參與的外科手術記錄是在1985年，美國洛杉磯醫院的醫生使用Puma560完成了機器人輔助定位的神經外科腦部活檢手術。但是Puma560是一款工業機器人，不能說是醫用機器人，此時還沒有醫用機器人這個概念。但是這是一個具有劃時代意義的開端。開創了手術機器人這一先河。20世紀80年代初，被譽為手術機器人之父的王友侖從加州大學圣芭芭拉分校（UCSB）計算機工程專業畢業，1989年開始研究“伊索”（AESOP）—一種可由手術醫師聲控的“扶鏡”機械手，以避免由于扶鏡手生理疲勞所造成的鏡頭不穩定。1997年，伊索在比利時布魯塞爾完成了第一例腹腔鏡手術。伊索成為FDA批準的第一個微創手術機器人，認為是后續腹腔類手術機器人的鼻祖。1998年，伊索通過升級改造，進化成宙斯（ZEUS）。ZEUS與AESOP相比，增加了內窺鏡系統，末端手術系統，控制主手系統等。通過患者腹部只有幾個筷子粗細的小切口供內窺鏡和機械臂出入即可完成手術，手術機器人的的優點微創極為突出。Intuitive Surgical公司在1999年研制成功達芬奇手術機器人是目前全球最成功及應用最廣泛的手術機器人。達芬奇代表著當今手術機器人最高水平。達芬奇機器人由三部分組成：外科醫生控制臺、床旁機械臂系統、成像系統。相比宙斯而言，達芬奇機械臂更多，范圍更廣。末端手術系統更加靈活。可以進行泌尿外科，婦科，腹部外科等多種手術。具有創傷小，更靈活，術后恢復快等優點。

2 醫用機器人的分類和發展

從Puma560到達芬奇，可以看成是醫用手術機器人的發展史。隨著越來越多的機器人技術應用到醫療領域，逐漸形成了醫用手術機器人概念。醫用手術機器人一般可以分為手術類，康復類，輔助類。

手術類：以達芬奇為代表的，可以在醫生的直接操作下或者是在軟件的規劃下，對人體進行手術或者是輔助醫生手術。種類有達芬奇這樣的腹腔類手術機器人還有骨科手術機器人，神經外科手術機器人，介入消融手術機器人等康復類：典型代表是外骨骼康復機器人，可以對人體進行上肢和下肢的康復訓練以及輔助殘障人士行走，除了外骨骼以外，還有細分的針對上肢或者下肢的康復訓練器，也可以歸于醫用機器人范圍內。

輔助類：如導診機器人，配藥機器人，還有新冠疫情期間的消毒機器人，核酸采集機器人等。都可以歸為輔助類[1]。

醫用機器人技術從開始的將工業機器人直接應用到后來的重新研發。經歷從無到有的一個過程。國內也于2016年開始制定醫用機器人的標準。目前有兩個標準已經開始實施。目前醫用機器人技術向兩個方面發展，一是多元化，更多的醫用機器人被研發出來，適用更多的手術。二是智能化，目前市場上的醫用機器人是在醫生的直接操作下或者是在醫生的規劃下工作。高度依賴醫生，還不能完全替代醫生。國外實驗室已經在開展智能醫用機器人研究工作，已經取得了一定的進展。三是遠程化，隨著5G的普及，實現了醫用機器人的遠程操作，這樣一定程度解決了醫療資源不均衡的問題。比如北京的醫生可以身在北京，卻可以給西部地區的患者通過醫用機器人的遠程操作來做手術。

3 醫用機器人技術淺析

3.1 醫用機器人優點

醫用機器人的優點有哪些？最主要的幾點是更精準，創傷小，手術時間短。有人說人體是精密的儀器，但是有時跟機器人相比，人有很多的不足之處，這也是科學家研究醫用機器人的初衷。以達芬奇為代表。傳統的手術效果一般取決于醫生的技術，但是任何醫生在手術時不可避免遇到一個問題。人手會抖動，特別是長時間的手術，醫生體力的消耗。但是利用醫用機器人去手術，就可以消除人手的抖動問題。時手術器械更準確的進行手術[2]。

還有骨科（神經）外科手術中，如何準確的找到手術通道并保證手術準確，以往都是靠醫生來判斷。但是應用了醫用機器人，機器人可以準確的找到通道并且能輔助器械準確進入組織。這樣自然帶來創傷小、手術時間短的優點。

3.2 醫用機器人技術路線

如果說工業機器人是機械自動化的大成，那么醫用機器人就是學科之間的完美融合。是醫學和機械自動化的結合。醫用機器人一般有以下幾種技術路線：

遙操作手術，醫生通過主手等操作端，直接操作機器人進行手術，機器人末端機器臂上安裝有多種手術器械。典型代表達芬奇，宙斯。輔助導航類。手術還是需要醫生操作。但是醫生所需要的手術通道由機器人來提供。一直這樣的通道是機器人在手術前通過三維重建等技術手段獲得。典型代表有天智航，華科精準等公司的產品代替類。一般康復機器人采用此技術路線。醫生根據患者情況將程序設置好，就可以對患者進行康復治療。此時不需要醫生。或者患者根據自身情況直接調用系統程序在家就可以進行康復治療。

3.3 醫用機器人技術難點

醫用機器人是學科的融合，主要難點有標準的符合，材料的選擇，更加嚴格的安全要求，更小的尺寸要求等。

標準的符合：開始是沒有醫用手術人的概念的，所以也沒有相關標準。任何的醫療設備都需要相關機構的審批。所以如何使產品符合現有的相關標準這是一個難點。否則很難獲得審批材料的選擇，由于醫用機器人是應用于手術室甚至是直接應用于人體，所以在材料的選擇上一定要符合。這里涉及到很多的醫用材料，如醫用不銹鋼，醫用塑料，還有相關的粘接劑等等。

更加嚴格的安全要求：醫療設備的安全性相比工業機器人要求更嚴格，所以這需要在設計之初到生產制造要考慮和保證可靠性和安全性和若出現問題如何由醫生現場補救等。

更小的尺寸要求：由于醫用機器人應用場景在手術室，部分醫用機器人需要進入人體（如腹腔類和介入類），那么醫用機器人就需要更小的尺寸。不但是整體的外形尺寸需要緊湊，還需要一些微小部件，如達芬奇使用的傳動鋼絲繩只有0.45毫米。末端器械直徑只有8毫米。對設計和加工都是一種挑戰[3]。

4 結語

科技在進步，世界發生著日新月異的變化。醫用機器人一定會發展的更好，為人類做出應有的貢獻。