近年来，随着达芬奇手术机器人不断走红以及疫情的影响，使智慧化在医疗上的应用更进一步，包括互联网医院等远程医疗项目开始受到关注。机器人系也成为了医疗器械博览会Medtec China吸睛单品, 就目前的发展与应用形式来说，医用机器人将会变得更微创、更智能、更精细。智能化、个性化医疗技术成为发展趋势。科技的飞速发展不停地引领着技术创新，这其中血管腔内介入、腔镜、骨科机器人无疑是近年来中最具科技感的器械。为了更好地让大家了解手术机器人的技术发展路径以及未来如何创新，本文分别讲解血管介入医疗机器人和腔镜、骨科机器人，同时也将探讨总体的行业发展趋势。

血管介入机器人：

血管介入机器人是一种集高科技手段为一体，且拥有手术影像导引以及微创 手术等综合性能的一种用于进行血管介入手术的医疗设备，将机器人技术和血管 介入手术有机结合，能够快速、精确配合医生完成血管介入手术的设备。血管介入机器人的出现使得介入医生可以在操作舱里操作导管、导丝等器材 介入，能摆脱铅衣带来的负担，减少辐射吸收，在血管介入手术中，医生操作血管介入机器人，通过人机交互的方式将血管介入手术中特制的导管、导丝等精密器械引入人体，对体内病态进行诊断和局部治疗。

1.器械构成：

血管介入手术机器人一般包含推进装置、定位机械臂、操作装置、医学成像 系统四个部分，1.推进装置，安置在患者端，代替医生的手指完成导丝和导管的推进、拔出、捻旋，使其准确进入目标血管，这部分机构应具有 2 个自由度。2.定位机械臂，固定推进装置，实现其准确定位、固定，以防止推进的机构 抖动，使得医生远离 X 射线的辐射。 3.操作装置，使得医生可以远程同步操作送管机构，避免身体疲劳和辐射。 4.医学成像系统，用来实现术中二维图像以及术前三维图像的配准，实现手 术中导丝和导管的跟踪和定位。

2.血管腔内介入手术机器人研发以及未来的设计发展方向：

能够成功广泛应用的血管腔内介入机器人必须具备以下要求：1. 适用于大多数已商品化的血管腔内介入器械；2. 能完成大部分手术动作，包括导丝、导管及导鞘的前进、后退、旋转，球囊的前进、后退、收放，支架的输送与释放；3. 通用包括心血管、脑血管、外周血管、主动脉、肿瘤血管等各类血管腔内介入手术；4. 具备一定的力触觉与视觉反馈功能；5. 部分动作的半自动化功能；6. 有一定的导航功能。而要具备以上功能，就必须在机器人的设计中进行创新，要打破原有设计思路和应用瓶颈。

能适用于大多数已商品化的血管腔内介入器械，就要求机器人的“手”采用开放式设计，并模拟人手的夹持功能，其夹持范围要从0.014″至24F，而原先封闭式的滚轮式设计很难做到。能完成大部分手术动作，就要求机器人的“手”要有灵巧的旋转功能，模仿人手的“捻”和“转”，但同时机器人的“手臂”可以进行导轨式的前推和后拉，模拟人手臂的“进”和“退”，动作之间要能灵活地重叠和转换。而如果达到以上要求，就能完成各类血管腔内介入手术的通用化要求，因为各类手术的动作及器具有其相通性。血管腔内介入手术机器人的设计要适应商品化的血管腔内器具，同时，血管腔内器具的再开发也要适应机器人的特性。目前，所有商品化的血管腔内器具都是按人手操作而设计，尤其是支架的释放手柄。随着血管腔内介入手术机器人研发的进步和临床应用的开展，适合机器人释放的手柄也会应运而生，两者的趋近会使操作更为合理。

人手在操作导丝、导管等前进与后退时，可以感受到阻力，这会帮助手术者判断病变性质或问题所在，这就是所谓的“手感”。在血管腔内介入手术机器人的研发中，要通过“力反馈”来获得这种“手感”，这有助于操作的敏感性和手术的安全性。血管腔内介入手术的操作动作具有一定的规律和重复性，如导丝的前进是通过抓持、前进、松开、后退、再抓持等反复进行。这使机器人在程序编辑后进行半自动操作成为可能。血管腔内介入手术的操作是基于屏幕上的视觉反馈，包括X线透视下的导丝、导管的运行轨迹，造影显示的血管图像，术前CT的血管图像等。影像识别、影像分解与融合、影像跟踪等技术可以有效应用这些视觉信息，并与手术规划及机器人的动作编程相结合，可以达到一定导航功能。

虽然基于具有自我学习能力的人工智能距离实际手术应用为时尚早，但在导航与半自动化的基础上，血管腔内介入机器人的不断完善给完全自动化完成血管介入手术奠定了基础。

春江水暖鸭先知，许多专注于医疗机器人等医械产品设计研发的企业也纷纷入驻 医疗器械博览会Medtec China展会现场，包括迈得Maider，米克朗，赛能，IMA spa，欧赛斯，艾利特等，点击快速预登记，来现场看火热与前沿展品。

腔镜手术机器人

腔镜机器人是集医学、机械学、生物力学以及计算机科学于一体的高技术产品，可解决微创手术解剖精度问题，做好传统腔镜难以完成的高难手术。腔镜机器人手术可以通过主从遥控系统，将医生手部较大的动作缩小成为机械臂末端精细微小的动作，同时消除医生手部的自然颤动，辅以超10倍放大的3D腔镜视野，可以完成非常精细的手术解剖。

目前，腔镜手术机器人是商业化最为成功的代表。腔镜手术机器人是为完成各种复杂的微创手术而设计。通常采用主从遥控操作的操控方式，由外科医生控制台、患者侧手术车和一套三维高清影像系统组成。由于传统微创手术(MIS)主要借用内窥镜和相关器械在人体天生官腔内(腹腔、盆腔、胸腔等)进行手术操作，腔镜手术机器人在人体内的部分与MIS手术较为接近，其差异更多在于操作系统对机械臂的精准操控从而实现手术。腔镜手术机器人相比于MIS手术具备了微创、精细、灵活、滤抖等显著的优势，更大程度扩展外科医生的手术能力，并在泌尿外科、妇科、普外科拥有很好的运用前景。

（图：腔镜手术机器人）
腔镜机器人在泌尿外科领域的运用，包括机器人辅助前列腺癌根治术、机器人辅助肾分切除术、机器人辅助膀胱癌根治术等。例如，前列腺癌根治术是早期局限性前列腺癌最有效的治疗方式，但前列腺特殊的解剖位置及周边的解剖结构决定了该手术的操作难度，利用达芬奇机器人系统可以有效降低手术操作难度。在手术时间、术中失血量、手术并发症发生率、导尿管拔出时间和住院时间等方面存在显著优势，且术后病人在生理功能上恢复地更良好。

在妇科领域，腔镜机器人的应用正逐步打开市场。针对良性疾病，机器人辅助的手术包括了子宫切除术、子宫肌瘤剔除术、阴道骶骨固定术、子宫内膜异位症手术。针对恶性疾病，机器人辅助手术包括子宫内膜癌、宫颈癌及卵巢癌手术。例如，目前达芬奇手术机器人在妇科领域的手术以子宫切除术为主（约占比70-75%），约20-25万例/年，并以美国市场为主。

普外科领域，也是机器人手术的主要赛道，主要术式包括疝修补、结直肠手术、减肥和胆囊切除术。术式包括：胆囊切除术、Nissen胃底折叠术、抗反流手术、胃旁路手术、结直肠手术、疝修补手术、甲状腺切除术等。其中，结直肠癌切除手术中，直肠癌手术的根治性主要是由清扫淋巴结数、上下切缘和环周切缘以及全直肠系膜切除完整情况来评价，而术后排尿和性功能则是病人生活质量的主要影响因素。机器人辅助结直肠癌切除手术在术后肛门排气（胃肠功能恢复）和拔出尿管（膀胱功能恢复）时间均较腹腔镜手术显著缩短。

骨科机器人：
骨科机器人是人类历史上最早出现的手术机器人之一。1985年美国首次使用工业机器人进行脑肿瘤活体组织切片检查，验证手术机器人精准的优势。仅在两年后，1987年首次出现了定位机器人应用于骨科的临床专利申请。在1997年至2009年间，计算机技术辅助着外科技术的发展，骨科手术机器人逐渐应用于髋关节和膝关节的置换手术。1998年，英国帝国理工学院Davis等研发了用于膝关节手术的Acrobot机器人系统。2008年，美国Mako Surgical公司研制出RIO手术机器人，用于全膝关节或膝关节单髁置换手术，其最大优势是医生和机械臂共同操作手术器械完成手术。

骨科手术机器人是用于辅助骨科手术，其核心功能包括精准、定制三维术前方案、提高手术部位图像清晰度、减少震颤和提高手术精度、减少对健康骨骼和组织的损伤、减少失血、保护神经、缩短住院时间和加快康复;并可指导远程手术和降低术中透视（X射线）来降低辐射。

从骨科机器人组成部分来分析，骨科手术机器人的组成大致上可分为控制系统、定位导航装置、机械臂装置以及配套的工具集。（1）控制系统是骨科机器人的核心，除了各部件的集成之外，图像处理软件模块、手术规划软件模块、机械臂控制模块所牵涉到的算法是各个机器人公司独立研发的核心秘密。（2）其次是定位导航系统，包括了成像模块、追踪模块和显示模块。系统能够根据术前导入的影像形成三维模型，把三维模型与患者的实际体位、空间中手术器械的实时位置统一在同一坐标系下，利用三维定位系统，对手术器械在空间中的位置实时采集并显示，医生通过观察三维模型中手术器械与病变部位的相对位置关系，对病人进行导航手术治疗。（3）最后一部分为操作手术的机械臂，目前应用在医疗机器人上的机械臂主要分为丝传动和齿轮机传动两种，MAKO的Rio、直觉外科的da Vinci机器人都采用的是丝传动机械臂，优点是体积小，能实现一定程度力学反驱，机械臂操作的僵硬感比较少。而缺点是钢缆驱动的易疲劳性，会相对影响精确度，需要定期更换。另一种是齿轮电机传动系统，优点是能长期保持精度，缺点是体积较大且操作手感僵硬。

（图：关节手术机器人（图片来源：公开信息）
如今，骨科机器人产品不断推陈出新，性能逐渐完善，商业化进程也逐步推行，这个领域也从来不乏大型公司的布局。2013年12月，MAKO被史赛克以12亿美元收购。2014年，法国Medtech公司推出了应用于脊柱外科的ROSA Spine手术机器人，于2016年被捷迈邦美收购。2017年，强生收购脊柱外科手术公司Sentio，并于2019年收购骨关节机器人公司Orthotaxy。2018年12月，MAZOR被美敦力以16.4亿美元收购。

早期从工业机器人改造而来的手术机器人在稳定性、定位精度和重复定位精度上相比于传统骨科手术具有明显的优势。然而，这种优势是建立在手术机器人良好的刚性基础上，导致了机器人笨重、其可用性。因此，小型化、专业化成为骨科手术机器人发展的一个趋势。

导航功能通过对手术机器人的实时定位和跟踪，让医生更加明确手术器械和病人的相对位置关系，从而更加高效安全地完成手术。在一定程度上可以降低对于手术机器人自身精度和刚度的要求，更加有利于骨科手术机器人的实用化发展。随着未来医学机器人和医学成像技术进一步发展和结合，具备图像引导等导航功能的骨科手术机器人必然会成为微创骨科的发展方向和趋势，导航系统的稳定性和安全性将成为手术机器人发展的重中之重。

医疗机器人智能化多元化发展路径：
手术机器人从多孔到单孔，从微创到无创，从刚性到柔性，从无感到有感，从无智能到更高智能。５Ｇ通讯、３Ｄ打印、智能材料、医疗大数据、人工智能、虚拟／增强现实等新技术将不断整合进医疗机器人的技术体系中。

1.全面融入医疗业务场景

智能导诊机器人、智能预诊机器人、全流程服务机器人、配送机器人、辅助诊断机器人，越来越多种类的机器人不断出现在医院的不同场合。

但是，新技术的推进也会冲击原有业务形态，对医院环境、业务流程、操作人员等均会带来不同程度的调整变化。随着机器人针对不同医院和场景的具体情况，不断地进行功能整合，不断提升自身的稳定性，打磨应用，形成闭环，未来将更好地全面融入医疗生态。

2.从医疗机器人到机器人医生

向自动化的方向发展，这也是未来手术机器人发展的必然趋势。虽然不确定还需要多长时间，但随着人工智能技术的引入、机器人自动化程度不断提高，机器人变得越来越聪明，能够越来越理解医生想让它干什么、它怎么更好地执行，甚至成为更好的“机器人”医生。认知算法将会允许机器人和医生一起工作并且预测医生的行为。高分辨的传感器将会在手术中提供更多的信息反馈，更先进的执行机构将提供超越人工手术的更高精确度。信息系统和模型构建将会创造一个平台，可以使更多的医疗机器人沟通并一起工作。直观的交互界面将为病患、医疗团队以及家庭之间提供更自然的沟通。

3.医疗机器人将与更多学科广泛而深刻地融合

医疗机器人的未来发展需要信息化、网络化、智能化的支撑，这些都将依赖于控制技术、传感技术、交互技术、材料技术的发展。未来的医疗机器人将是典型的物联网系统。控制、微电子、传感、新材料等技术的发展，都将为智能化的医疗机器人提供基础条件。大数据、智能传感器、快速基因测序、分子诊断、微纳制造、柔性可延展电子器件、可穿戴设备、人工智能、可吸收生物材料、３Ｄ打印技术都将不断和医疗机器人摩擦出创新的火花。

4.化身数据入口与再创新平台

由于医疗机器人愈发深度地参与到医疗的全部流程，将自然而然地成为海量医学数据的入口，可以形成庞大的医学数据库。而在人工智能和机器学习的加持下，这些医学数据将会产生巨大的价值。

机器人本身是一个平台技术，当大量的研究人员和医生开始使用机器人，就会衍生出非常多的新应用。举例来说，达芬奇一开始做的是胆囊切除，但现在可以用到前列腺、心脏手术等领域，这都是在不断的迭代开发以后，研究出来的新的应用。这些新应用是医生用到达芬奇之后再重新设想出来的，而并不是达芬奇一开始设计的。这种基于达芬奇技术平台的再创新也大大地促进了达芬奇机器人的推广。

医疗器械博览会Medtec China意识到随着技术的不断发展，医疗机器人的内涵也将随着和更多学科的融合而逐渐延伸。比如，现在我们印象中的医疗机器人是靠电机驱动的机械装置，未来，医疗机器人可能是可编程的生物结构，如人造免疫Ｔ细胞、分子马达驱动的微型结构纳米机器人。期待未来手术机器人会迸发出更多的技术创新。

来源：Medtec医疗器械设计与制造