机器人如何辅助医生实施微创精准治疗？

本系列的第一篇文章《为什么说老龄化的未来，需要机器人守护？》提到了医疗机器人的基本分类，它们的使用场景包含医疗过程的重要步骤：诊断、手术、康复、护理、陪伴、极端作业等。

由于与临床环境结合紧密，手术机器人是这些类别中重要性和复杂度最高的，通常一款机器人产品只能满足特定应用领域的需求。下表将现有的手术机器人分为几大类，并列出了其中相对成熟的产品名称。

其中应用相对广泛的手术机器人代表是 Da Vinci（达芬奇），研发这套机器人系统的公司 Intuitive Surgical 已在纳斯达克上市，估值超过 195 亿美元。

达芬奇 Si（第三代）和达芬奇 Xi（第四代）均获得 FDA 认证，在中国普遍销售的是第三代产品。ZEUS 系统与达芬奇类似，现已停止销售，因为 2003 年其母公司 Computer Motion 被 Intuitive Surgical 收购。

达芬奇是典型的内窥镜手术机器人，设备有三个主要组成部分：外科医生控制台、床旁机械臂系统和成像系统。

外科医生控制台（Surgeon Console）是外科手术机器人的控制中心。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。

床旁机械臂系统（Patient Cart）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。

成像系统（Video Cart）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。达芬奇的配套手术器械多达 65 种，大多有 540 度（旋前旋后）的转腕功能，七个自由度，分别是进出、外收展、外屈伸、内收展、内屈伸、旋转和抓持。

在达芬奇手术机器人的官方介绍视频中可以看出这些器械的灵活程度。

截至 2015 年 11月，中国大陆和香港地区共引入达芬奇手术机器人 46 台，其中香港地区培训使用 1 台，临床使用 8 台，大陆 41 台。全国历年总计完成手术 21651 例，11月当月完成 1167 例。从官方统计数据来看，使用最为频繁的科室是泌尿外科、直肠外科和普外科。

从 Intuitive Surgical 去年的财务报表上可以看出，2014 公司全年总营收 21.3 亿美元，净利润用于研发的费用为 1.78 亿美元，相较 2013 年的 1.67 亿美元略有增加，而销售费用大幅增长，从 2013 年的 5.74 亿美元上升到了 6.91 亿美元，处于高速扩张期。

2015 年 10 月 20 日发布的第三季度财报中显示，随着美国本土市场和亚洲国际市场的拓展，本季度达芬奇的手术量实现同比 15% 的增长，营业额为 5.9 亿美元，实现同比 7% 的增长。本季度发货 117 台设备，相较之下， 2015 年第二季度和 2014 年第三季度分别发货 118 台和 111 台。

对医生而言，达芬奇机器人的操作体验有几大优势：

手术舒适度提高，医生可以坐姿执行腹腔镜手术，手臂处有充分支撑，且手部抖动也会被适当减弱，避免疲劳。

3D 成像效果好，相较传统的腹腔镜手术需根据视野内物体形变判断距离，机械臂末端的摄像头带来的直视效果更为准确。

机械臂灵活，反馈率高，延迟微弱，可以完成各种复杂的动作，且活动范围所受的限制小于人手，转腕范围达到 540 度。

然而，在数万例手术实践过程中也凸显了一定的问题。

首先是机器人手术的适应症范围：微创型手术极其适用，2000 年到 2014 年间，前列腺癌在全球范围内完成了13万多例手术；但是对于病灶体积较大的如巨块型肝癌或胆囊摘除手术，机器人优势并不明显，甚至会给医生带来操作不便的体验。

其次是成本问题。目前机器人手术的费用是依据各地区相关部门论证后而定，在北京患者大约需要在原费用基础上多花 5 万多元，上海要多花 4 万多元，广州需要多花 3 万多元。这些费用主要来自机器人的耗材，每只机械臂耗材价格为 5000 美元，只有十次的使用权限。不同类型的手术耗材使用情况也很大差异，如心胸外科单次手术就有可能使用7-8次，在前期团队操作不熟练的情况下，耗材使用会更为迅速。

最后也是至关重要的，则是机器人自身存在的安全隐患问题。2000 年到 2013 年间，美国临床使用的两千台达芬奇机器人在手术过程中，曾发生过 8061 次机械故障，导致数千名患者受伤。由于机器人系统结合了诸多学科，手术过程的风险尚未得到全面的评估。

除了腔镜类手术机器人，神经外科、脊柱外科和骨科机器人也是产业化步伐较快的领域。

神经外科机器人往往聚焦在定位功能。由于颅腔内空间小、神经分布密集，如何协助医生高效找到病灶点，并提供搭载手术器械的操作平台至关重要。ROSA、Renaissance 和 NeuroMate 分别采用红外扫描、固定在患者头部的可变形机械臂和传统框架实现定位，前者的定位时间较长，后两者则遵从传统的立体定向框架手术，框架通过螺钉固定在患者头部。下图为手术中的 ROSA。

而脊椎外科经常面临的另一个问题是骨科与神经科的结合，必要时手术需兼顾骨科内固定的实现和术中显微镜观察重要的神经组织。以色列 Mazor Robotics 研发的 Renaissance 同样适用于脊柱手术，机器人固定在病人脊椎之上，通过成像调节钻刀方向，人工实施手术操作。

骨科有两家公司比较知名，最早的是RobotDoc，通过成像的技术定位，对骨进行打磨再植入假肢，完成全自动的膝、髋关节置换。在2003年成立的 MAKO，则是用线缆驱动机器人，加一个手持工具刀，BlutBelt 的系统也是类似。人机协作机器人的特点是可以由操作者推着工具刀，根据用户的反馈来移动机器人。如果机器人出现卡顿，操作者可以施加推力，这样在发生危险的时候机械臂也可以绕开病人。

还有一类是可进入体内的微型机器人，如以色列 Technion 大学的肺部靶向机器人、卡内基梅隆大学的心脏外科蛇形机器人、以色列公司 Given Imaging 的胶囊机器人等。其中胶囊机器人可进入传统手术难以到达的小肠拍摄内部状况，已经获得 FDA 认证，我国也有医院开始尝试临床使用。这类机器人主要的目的是实现微创、精准的诊断、送药和手术方案。

在手术机器人领域，国外品牌目前仍占据大部分市场，Intuitive Surgical 通过收购实现了一定程度的垄断。国产产品正处于发展期，长期来看，随着我国推进高端医疗设备国产化和分级诊疗、远程医疗的发展，即将迎来重要机遇。这个视频中医生解释了机器人辅助下，如何实现远程医疗。

在本系列的下一篇文章中，我们将介绍国内具有代表性的研发团队和产品，敬请期待。