全球手术机器人的发展现状及前景

1、全球手术机器人的发展现状及前景手术系统是集多项现代高科技手段于一体的综合体。主要用于心脏外科和前列腺切除术。外科医生可以远离手术台操纵机器 进行手术，完全不同于传统的手术概念， 在世界微创外科领域是 当之无愧的革命性外科手术工具。第一代手术机器人已经用于世界各地的许多手术室中。这些机器人不是真正的自动化机器人， 它们不能自已进行手术，但是 它们向手术提供了有用的机械化帮助。 这些机器仍然需要外科医 生来操作它们弁对其输入指令。这些手术机器人的控制方法是远 程控制和语音启动。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

2、，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， 进行分析弁校正这 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。机器人。1、达芬奇手术系统2、机器人手术系统3、机器人系统2000年7月11日，美国食品和药物管理局（）批准了达芬 奇手术系统，使其成为美

3、国第一个可在手术室使用的机器人系 统。由公司开发的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）及脚（通过脚踏板）来械 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 （）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

4、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（）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，弁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图像。图像显示的是 手术点以及两个

5、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。另一个即将被批准的系统是系统，由公司制作，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。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。系统得到了自动化内窥镜定位（）机器人系统的协助。由公 司于

6、1994年发布的是批准使用的第一台可以用于手术室协助手 术的机器人。比达芬奇系统和系统要简单得多。基本上只是一个 机械臂，用于医生定位内窥镜一一一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

7、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，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

8、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

9、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

10、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。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。

11、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，弁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o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

12、复。近年来，机器人不仅用于工业领域， 在医疗系统也已得到推 广应用。如大名鼎鼎的手术机器人（）的问世不过短短10年，但同样取得重大进展。目前，关于机器人在医疗界中的应用的研 究主要集中在外科手术机器人、康复机器人、护理机器人和方面。 其中，外科手术机器人是目前应用范围最广且最具前景，其提供的强大功能克服了传统外科手术中精确度差、手术时间过长、医生疲劳、和缺乏三维精度视野等问题实际上，手术机器人是一组器械的组合装置。它通常由一个内窥镜（探头）、刀剪等手术器 械、微型摄像头和操纵杆等器件组装而成。据国外厂商介绍，目 前使用中的手术机器人的工作原理是通过无线操作进行的外科 手术，即医生坐在电脑显示屏

13、前， 通过显示屏和内窥镜仔细观察 病人体内的病灶情况，然后通过机器人手中的手术刀将病灶精确 切除（或修复）。这种被国外科学家命名为的系统是设计一切手术机器人的 基础。以目前各国医院使用中的达芬奇手术机器人为例，只要在病人皮肤表面开一个极小的口子， 将探头塞进体内，即可观察 到病人病灶所在位置，然后再用机器人手中的手术刀将其切除。手术机器人手术止匕外，手术机器人还可做器官修补、血管吻合或骨磨削等需 要十分精细的手术。近年来，手术机器人被用于做包括基因移植、 神经手术和远程手术等在内的各种重要手术，从而大大提高了危重病人的存活率。那么，这么厉害的手术机器人发展情况如何？有哪些研发公 司？又有哪些细

14、分领域？国内情况如何？未来将如何发展？别 急，听我慢慢道来。新兴力量今年3月初，谷歌最新发布的一则通告显示， 公司已同医疗 器械公司强生达成合作协议，将共同研发一款机器人平台，来帮 助医生们进行外科手术。据悉，这款机器人手术平台将有助于外 科微创手术技术的的进步，解决病人诸如修疤、疼痛、恢复期漫 长等方面的问题。谷歌将为这款机器人平台注入视觉系统和图像 分析软件，能为外科医生提供更好的视觉空间，弁帮助其获取其他相关信息。到了 5月中旬的时候，博实股份公告，公司拟投资1亿元，设立全资子公司博实高端医疗装备有限公司，同时拟通过博实股 份或子公司投资微创外科手术机器人及智能器械项目2015年7月31

15、日的时候，东京工业大学和东京医科齿科大 学创立的公司宣布，内窥镜手术辅助机器人“：”将于 2015年 8月上市。是主刀医生可通过头部动作自己来操作内窥镜的系统，无需助手（把持内窥镜的医生）的帮助。东京医科齿科大学生体材料 工学研究所教授1健嗣和东京工业大学精密工学研究所副教 授只野耕太郎等人，从着手研究到上市足足用了约10年时间。其作为手术辅助机器人，首次采用了气压驱动方式。 用自主 的气压控制技术，实现了灵活的动作，在工作中“即使接触到人， 也可以躲开其作用力”（只野）等，可保证高安全性。与马达驱 动的现有内窥镜夹持机器人相比，整个系统更加轻量小巧也是一大特点。该系统平时由主刀医生由头部的陀

16、螺仪传感器来操作， 发生紧急情况时，还可以手动操作。可利用机体上附带的控制面 板的按钮来操作。它诞生的背景是，近年为取代对患者造成很大负担的开腹手术，使用内窥镜的低创手术日益普及，就是以“切个1日元硬币的口就可完成全部手术”（东京医科齿科大学理事兼副校长森田 育男）为目标的疗法。具典型代表是从在患者腹部切开的小口插 入钳子和内窥镜、切除癌症等的腹腔镜手术。 作为手术辅助机器 人代名词的美国直觉外科公司的“达芬奇系统（）”也是辅助内窥镜手术的系统。骨科手术虽然内窥镜手术日益普及，但内窥镜手术所需要的“助手难 以保证”。尤其，在中小型医院，助手不足据说是一个严重的问 题。的问世就是为了解决这一问题

17、。据称，的机器人钳子系统已在作动物和模拟内脏器官的实验，正在开发第7号产品。预定2019年上市。最初考虑用于跟 达芬奇系统一样的疾病和手术， 原口充满信心地表示“还要推广 到达芬奇系统无法应对的领域”。 超越达芬奇系统的日本产机器 人诞生了。将成为第一块试金石。2015年11月，专注于跨境医疗投资的基金汇桥资本集团（”）宣布，将以可转债及认股权证的形式对法国公司投资 1500万美元。是一家创新的手术机器人系统开发商，目前在泛 欧证券交易所挂牌。成立于2002年，总部设在法国南部蒙彼利埃，是一家全球 领先的手术辅助机器人系统研发商。公司的旗舰产品脑部机器人 已经获得欧洲、美国、中国、加拿大和澳大

18、利亚的批准。2014年7月，脊柱机器人也已获得认证， 预计很快将会获得美国的批 准。目前公司在全球范围内已安装 51个手术系统，分布在全球 各大顶级的神经外科中心，包括克利夫兰诊所和马萨诸塞州总医 院。目前，4家中国顶级的神经外科医院也已安装机器人手术系 统2013年，公司被全球增长咨询公司评为神经外科机器人类别的“欧洲年度企业”随着机器人产业的快速发展，的发展已经受到了全球高度关注，美国已经把手术治疗机器、假肢机器人、康复机器人、心理 康复辅助机器人、个人护理机器人、智能健康监控系统定为未来 发展的六大研究方向。欧洲计划将建立网络， 促进医疗机器 人在欧洲的发展和应用。一切事物的发展都有其源

19、头，在进一步探索手术机器人之 前，我们先来了解一下手术机器人从伊索到达芬奇的这段发展历 程。全球研发情况据报告，手术规模在2014年为32亿美元，报告表示目前北 美市场目前为最大市场，而由于政府医疗投入加大， 医疗系统重 组和人们对微创手术意识加强，未来市场重心将逐渐往亚洲市场 转移。弁且，伴随着下一代设备、系统和器械的发布，手术将从 目前的大型开放手术，覆盖到身体中的微小部分。预计 2021年 将达到200亿美元。近20年来，伴随着技术的突破和医疗水平的前进，手术机 器人已完成了三次升级，从单臂机器人伊索到三臂机器人宙斯， 直至最先进的四臂机器人达芬奇。达芬奇系统由美国（）公司开 发和制造，

20、1999年获得欧洲市场认，次年被正式批准投入使用。 此手术系统最初主要用于泌尿外科的微创手术，例如前列腺切除手术，现在被越来越多地应用于心外科，妇科以及小儿外科等外科微创手术。根据发布的统计数据，2013年全球外科手术辅助机器人总销售额达14.95亿美元，其中达芬奇机器人全球销售额达6.33 亿美元，占比42.43%。截至2014年底，全球共装机达芬奇机器 人3266台，其中美国2223台，欧洲549台，亚洲350台，我国 内地共29台，其中9台在北京。手术机器人系统开发者除了美国公司外，还有刚刚进入手术机器人的老牌医疗公司。公司是全球骨科356亿美元市场中最大 的公司之一，自从医生于 194

21、1年研制弁生产第一台产品至今， 已拥有30家现代化工厂。公司产品涉及关节路换、创伤、颅面、 脊柱、手术设备、神经外科、耳鼻喉、介入性疼痛管理、微创手 术、导航手术、智能化手术室及网络通讯、生物科技、医用床、 急救推床等。由于业绩良好，史赛克公司分别被美国著名的财 富杂志及评为财富500强公司及全美50大医疗公司之一。 2014年，公司营业收入96.75亿美元，同比增加7.25%;营业利 润22.26亿元，同比增加5.50%。止匕外，公司研发投入稳步增加， 占营业收入比重保持56%2013年，以16.5亿美元收购外科治疗公司及其相关核心技 术。总部位于佛罗里达州，其主打产品包括全雕关节路换系统等

22、。 由具有高精确性的机械臂系统和创新性的雕膝关节假体系统组 成，二者突破了传统工具的限制，用微创的手术方式，精确植入 假体，恢复自然的雕关节和膝关节。膝关节系统针对早到中期膝关节骨性关节炎患者，可进行单间室或多间室的假体路换。允许医生术中实时调整膝关节力线和软组织平衡。弁通过微创的手术方式保留更多骨质和组织， 病人恢复更快。酸关节路换手术可以通过机械臂精确限定关节锂进入的深度弁指导方向和角度，从而达到手术更加精确和安全的目的。另外，国际上一些公司已经开始把注意力集中在眼科、神经外科、骨科这些达芬奇系统还未占领的领域，例如的外科手术系统、英国公司的外科医疗手术系统等。以上提到的手术机器人由于专攻

23、市场小、设备昂贵等缺陷使他们未能在市场上受到特别关 注，但也都是手术机器人商品化的成功案例。国内研发情况由于目前外科手术机器人生产商的技术和市场垄断，使得手术机器人的购置费用高、手术成本高、维护费用高。这就直接导 致我国医院手术机器人的普及率远低于欧美，也不及亚洲日、韩等近邻。目前，国内研究人员正在加紧研制各种手术机器人及其辅助 设备、耗材。从长远看，当前的手术和市场的垄断地位可能被打 破，手术机器人使用成本的下降是必然趋势。我国自主研发手术机器人领域起步较晚，仍处于试验领域。主要有以下几个研究机 构：a.海军总医院与北京航天航空大学联合开发的机器人系统(,)。是国内手术机器人系统的先行者，已

24、完成第五代的研制和临床应用。该系统系统选用 260、262机器人作为系统辅助操 作的执行机构。第一代于1997年5月首次应用于临床。第二代1999年研制成功，实现 了无框架立体定向手术。第五代机器人除了前四代机器人的特点 外，自动定位功能更加先进，实现了视觉自动定位，使手术误差 更小，手术操作更加快捷安全。 该系统能通过互联网实施远程操 作手术。2005年12月12日，在北京与延安之间利用互联网成功进行了 2例立体定向手术。虽然如此，手术机器人在扩大适用 范围和实用性方面还是有许多问题需要解决。b.2013年11月，国家“ 863”计划资助项目一一“微创腹 腔外科手术机器人系统”，由哈尔滨工业

25、大学机器人研究所研制 成功，弁通过国家“ 863”计划专家组的验收。据哈工大机器人 研究所的研发人员介绍，国产微创腹腔外科手术机器人系统具有我国自主知识产权，研究人员针对微创外科手术的多种术式，在手术机器人系统的机械设计、主从控制算法、三维（3D腹腔镜与系统集成等关键技术上都进行了重要突破，弁申请了多项国家发明专利。这个项目的突破被看做是打破了进口达芬奇手术机器 人的技术垄断，将加快实现国产微创手术机器人辅助外科手术。c.2014年04月，中南大学湘雅三医院顺利完成了 3例国产 机器人手术，这是我国自主研制的手术机器人系统首次运用于临 床。该手术机器人就是天津大学研发的具有自主知识产权的微创 外科手术机器人系统一一“妙手 S”。“妙手S”系统较国外同类产品有三点技术优势，第一是运用了微创手术器械多自由度丝传动解耦设计技术，解决了运动耦合问题，固定、防滑、防松，更有利于精度保持。第二是实现了 从操作手的可重构布局原理与实现技术，使机器人的“胳膊”更轻，更适应手术的需要。第三是运用系统异体同构控制模型构建 技术，解决了立体视觉环境下手-眼-器械运动的一致性。据了解，“妙手S”外科手术机器人系统将有望 3年内投产。2014年国内医疗器械市场总规模将近 2556亿元，但进口医 疗器械的进口金