外科手术机器人

　　简介

　　虽然说手术机器人比人手有一些优点，但是要用自动化的机器人在没有人参与的情况下对人体进行手术，还有很长的一段路要走。但是，随着计算机能力和人工智能的发展，在本世纪将会设计出一种机器人，可以找出人体中的异常，进行分析并校正这些异常而不需要任何人指导。

　　组成部件

　　之所以将机器人引入医疗，是因为在微创手术中，它们可以实现对外科仪器前所未有的精准控制。目前为止，这些机器已经用来定位内窥镜、进行胆囊手术以及胃灼热和胃食管反流的矫治。机器人手术领域的最终目标是设计一种机器人，可以用来进行不开胸口的心脏手术。某制造商表示，仅在美国，机器人设备每年可以用于超过350万个医疗手术中。

　　1、达芬奇手术系统

　　2、ZEUS机器人手术系统

　　3、AESOP机器人系统

　　2000年7月11日，美国食品和药物管理局（FDA）批准了达芬奇手术系统，使其成为美国第一个可在手术室使用的机器人系统。由IntuitiveSurgical公司开发达芬奇系统使用的技术使外科医生可以到达肉眼看不到的外科手术点，这样他们就可以比传统的外科手术更精确地进行工作。价值1百万美元的达芬奇系统由两个主要部件组成：

　　1、外科医生控制台：主刀医生坐在控制台中，位于手术室无菌区之外，使用双手(通过操作两个主控制器)及脚(通过脚踏板)来控制器械和一个三维高清内窥镜。正如在立体目镜中看到的那样，手术器械尖端与外科医生的双手同步运动。

　　2、床旁机械臂系统：床旁机械臂系统(PatientCart)是外科手术机器人的操作部件，其主要功能是为器械臂和摄像臂提供支撑。助手医生在无菌区内的床旁机械臂系统边工作，负责更换器械和内窥镜，协助主刀医生完成手术。为了确保患者安全，助手医生比主刀医生对于床旁机械臂系统的运动具有更高优先控制权。

　　3、成像系统：成像系统(VideoCart)内装有外科手术机器人的核心处理器以及图象处理设备，在手术过程中位于无菌区外，可由巡回护士操作，并可放置各类辅助手术设备。外科手术机器人的内窥镜为高分辨率三维(3D)镜头，对手术视野具有10倍以上的放大倍数，能为主刀医生带来患者体腔内三维立体高清影像，使主刀医生较普通腹腔镜手术更能把握操作距离，更能辨认解剖结构，提升了手术精确度。

　　操作方法

　　外科医生站在控制台边，离手术台几十厘米远，透过探视镜向里看，来研究病人体内的照相机发送的3-D图像。图像显示的是手术点以及两个固定在上述两根杆端点上的手术仪器。像操纵杆一样的控制手柄，位于屏幕的正下方，外科医生用来操作手术仪器。每次操纵杆移动时，计算机就向仪器发送电子信号，仪器就和外科医生的手同步移动。

　　另一个即将被FDA批准的机器人系统是ZEUS系统，由ComputerMotion公司制作，在欧洲已经可以使用。但是，无论是达芬奇系统还是ZEUS系统，用来进行手术计划的每一道程序都必须得到政府部门的批准。价值75万美元的ZEUS系统与达芬奇的装置类似。它有一个计算机工作站、一个视频显示器和控制手柄，用于移动手术台上安装的手术仪器。ZEUS系统目前在美国只被批准用于医疗试验，而德国医生已经使用此系统进行了冠心病搭桥手术。

　　ZEUS系统得到了自动化内窥镜定位（AESOP）机器人系统的协助。由ComputerMotion公司于1994年发布的AESOP是FDA批准使用的第一台可以用于手术室协助手术的机器人。AESOP比达芬奇系统和ZEUS系统要简单得多。AESOP基本上只是一个机械臂，用于医生定位内窥镜——一种插入病人体内的外科照相机。脚踏板或声音软件用于医生定位照相机，这就让医生的手空出来继续进行手术。

　　加拿大卡尔加利大学日前宣布，该校外科专家加内特·萨瑟兰德博士带领的研究小组与研制航天飞机机械手的MDA公司合作，研制出名为“神经臂”的外科手术机器人系统。有关专家认为，该系统将为外科手术带来变革，从而使显微手术产生革命性的突破。

　　未来研究

　　外科手术特别是神经外科手术，受到人手准确性的限制。发展于上世纪60年代的显微外科技术，使外科医生超越了人手精准、灵活和持久的极限，而“神经臂”系统则又极大地提高了外科手术的精准率，使外科手术水平从器官级发展到细胞级。利用该系统，外科医生可通过操纵计算机工作站，使“神经臂”与核磁共振图像仪协同作战，从而在显微尺度下使用器械从事微细手术。

　　据研究人员介绍，“神经臂”需要与具有强磁场的核磁共振成像仪一起运行，它的开发是由包括医疗、物理、电子、软件、光学和机械工程师等的合作进行的。项目启动时，MDA公司的工程人员与卡尔加里大学外科医生一起，确定了设计“神经臂”机器人的技术需求。由于医生和工程人员仅擅长于各自的专业，难以沟通，把外科术语翻成技术词汇面临很大的挑战。目前萨瑟兰德博士的研究小组正与卡尔加里卫生局、卡大医疗教育的教师合作开展一个培训项目，对将使用“神经臂”系统的外科医生进行培训。

　　萨瑟兰德博士表示，他们不仅要研制“神经臂”机器人，还要为其设计一套医疗机器人教学大纲。他们希望这一新技术能够在世界范围得到应用。为实现这一目标，他准备更多地向学生和年轻专家宣传该技术，因为他们更推崇新技术，也是临床新技术应用的中坚力量。

　　前景展望

　　在现在的手术室，一般会有两到三名外科医生，一名麻醉师和几名护士，即使是最简单的手术也需要这么多人。大多数外科手术需要将近十来个人在手术室。手术机器人全部都是自动化的，这会最大限度地减少操作人员。展望一下未来，外科手术可能只需要一名外科医生、一名麻醉师以及一到两名护士。在这个宽敞的手术室中，医生坐在手术室内或手术室外的计算机控制台前，使用手术机器人来完成以前需要很多人才能完成的手术。

　　使用计算机控制台从稍远的地方进行手术开创了远程手术的概念，就是让医生从离病人很远的地方来进行精密的手术。如果医生不用站在病人的身旁进行手术，而是在离病人几十厘米远的计算机台旁远程控制机器人手臂，那么下一步将是从离得更远的位置来进行手术。如果可以使用计算机控制台来实时移动机器人手臂，则在加利福尼亚的医生就可以对身在纽约的病人进行手术。远程手术的主要障碍就是医生手的移动和机器人手臂做出的反应之间的时间延迟。当前，医生必须与病人同在一室，以便机器人系统可以根据医生手的移动快速做出反应。

　　手术室中人员的减少以及医生可以远距离对病人进行手术减少了医疗保健的费用。除了成本效益高之外，机器人手术还有比传统手术更优越之处，包括更加精确以及减少病人创伤。例如，心脏搭桥手术现在需要在病人的胸口“切开”一个30.48厘米长的切口。而如果使用达芬奇或ZEUS系统，可能是在胸口处做三个切口来进行心脏手术，每个切口直径仅有1厘米。因为外科医生做手术时切口非常小，而不是沿着胸口向下的很长的一个刀口，病人受的痛苦也会少一些、流血也会减少，恢复的就快一些。

　　机器人还使医生在长达几个小时的手术过程中节省了体力。外科医生在如此长的手术过程中会很疲惫，结果可能手会颤动。即使最稳定的人手也比不上手术机器人的手臂。达芬奇系统经过程序设定可对手的颤动这个缺点进行补偿，因此如果医生的手颤动，计算机会忽略此颤动，使机械臂保持稳定。

　　达芬奇手术机器人治疗疾病的优势：

　　一、达芬奇手术机器人拥有三维影像技术，可以向术者提供高清晰的三维影像，突破了人眼的极限，并且能够将手术部位放大10-15倍，使手术的效果更加精准。

　　二、达芬奇手术机器人的机器手臂非常灵活，而且具有无法比拟的稳定性及精确度，能够完成各类高难度的精细手术。

　　三、达芬奇手术机器人治疗疾病创伤非常小，不需要开腹，手术创口仅在1厘米左右，大大减少了患者的失血量及术后疼痛，住院时间也明显缩短，有利于术后的康复。