细看全球外科医疗手术机器人30年进化史

  传统的外科手术是医生用医疗器械对病人的身体病灶进行切除、缝合等治疗。用刀、剪、针等器械在人体局部做相关操作，除去病变组织、修复损伤、移植器官、改善机能和形态等。然而在某些手术中，患者需要承受巨大的痛苦——比如长达十几厘米的伤口、肌肉全部被切断......所以手术机器人的优势就被凸显出来：

  有了手术机器人，很多外科医生就不需要满头大汗、筋疲力尽的才能完成手术，而是坐在干爽的手术室里一边看着画面，一边操作手术机器人，完成手术后，穿着一身整洁如初的手术服，优雅的走出手术室……

  事实上，Puma 560并不是一台专用的手术机器人，它其实是一台关节式的臂式工业机器人，但它让首次有机器人参与的外科手术记录定格在1985年。

  美国洛杉矶医院的医生使用Puma 560完成了机器人辅助定位的神经外科脑部活检手术。这是一个具有划时代意义的开端。但是当时生产该机器人的公司为了安全考虑，曾禁止使用该机器人被用于手术。

  20世纪80年代初，被誉为手术机器人之父的王友仑从加州大学圣芭芭拉分校（UCSB）计算机工程专业本科兼研究生毕业，那时候的他正在思考自己攻读博士的方向。因为王友仑从小就十分迷恋机器人，认为机器人是未来发展的方向，是计算机与物理世界进行交互的方式。因此，他决定攻读 UCSB 的计算机工程（机器人方向）博士学位。

  王友仑在 1989 年开始研究“伊索”（AESOP，自动最优定位内窥镜系统）医疗机器人——一种可由手术医师声控的“扶镜”机械手，以避免由于扶镜手生理疲劳所造成的镜头不稳定，最终于 1997 年研制成功。

  1997年，伊索在比利时布鲁塞尔完成了第一例腹腔镜手术。伊索成为FDA批准的第一个清创手术机器人，同时“伊索”引领着手术机器人走向了商业化道路，直到2014年，外科医生应用伊索已在全球做了超过7.5万例次微创手术。

  1998年，伊索通过包括安装内窥镜等一系列的升级改造，逐渐进化成了宙斯。

  宙斯能够最终靠遥控操作，是一套完整的手术器械机器人系统。宙斯共搭载了Surgeon-side和Patient-side两套系统。

  Surgeon-side系统由一对主手和监视器构成，医生可以坐着操控主手手柄，并经过控制台上的显示器观看由内窥镜拍摄的患者体内情况。

  Patient-side由用于定位的两个机器人手臂和一个控制内窥镜位置的机器人手臂组成。医生可以声控操作腹腔镜的手臂，同时用手操作其它两个机械手臂进行手术。通过患者腹部只有几个筷子粗细的小切口供内窥镜和机械臂出入就可以完成手术，手术机器人的微创优势显露无疑。

  达芬奇手术机器人是目前全球最成功及应用最广泛的手术机器人。它由IntuitiveSurgical公司在1999年研制成功，目前已推出四代产品。达芬奇代表着当今手术机器人最高水平。

  它主要由三部分构成：医生控制管理系统，三维成像视频影像平台，以及拥有机械臂，摄像臂和手术器械组成移动平台。

  除了优秀的性能外，达芬奇还有一个重要特点是，不再仅靠遥控操作，而是加入了一定的人工智能程序，虽然智能等级不高（只能实现一些简单的保护性动作反馈），但达芬奇的诞生，帮助手术机器人告别了2D平面时代，率先开创了更贴近现实世界的3D（虚拟遥控动作+现实操作反馈）新纪元。

  时至今日，“达芬奇”虽然在数量上统治着外科手术机器人这样的领域，但在技术层面上，它已不再是外科手术机器人中的唯一，实力丰沛雄厚的“挑战者”们正在层出不穷......

  谷歌母公司Alphabet和医药巨头强生（Johnson & Johnson）联合打造了一个名为Verb Surgical的公司，正式公开宣布两家进驻微创手术机器人领域。

  Verb在体积、使用安全，价格等方面均优于独霸手术机器人领域的达芬奇机器人，并且Verb微创手术机器人的设计完全不同于达芬奇手术机器人，它放弃了远程实施手术的想法，允许操作手术的医生更靠近患者床旁，体积只有达芬奇机器人五分之一大小，新型智能化机器人不仅在体积上更精致小巧，在功能上也更具多变性和延伸性，甚至能够整合到外科手术床一体化。

  Verb微创手术机器人的开发团队认为，未来的新型微创手术机器人将颠覆现有手术机器人的辅助操作规程和原理，深度学习（DeepMind）+人工智能（Knowing-how）+大数据。机器人自我学习、机器人辅助和自动手术过程、更高清立体的视觉图像视野，更强大的数据分析功能，助力实施靶向性微创手术。

  Stryker研发的MAKO机械臂手术辅助系统，它主要使用在于膝关节单髁置换术（UKA）和全膝关节成形术（TKA），它能够直接进行实时的术中调整，在切开身体组织之前，允许进行更多膝关节与软组织平衡之间的修正，还可以为置入物的定位、腿的长度以及置入物的偏移情况提供精确的数据，更可以单独为髋关节手术平台提供扩展，视频给大家，自己去膜拜吧。

  Sport Surgical系统是一家多伦多公司Titan Medical正在开发的项目，将手术台、单切口摄像头、置和多关节器材结合，并将于2017年在美国发布。Titan机器人系统旨在将机器人手术精细化，让机器人可以有效的进行微小部位的手术，包括胆囊切除术。

  另一家加拿大手术机器人公司TransEnterix，于2015年以近亿美元购并意大利SOFAR公司，取得ALF-X手术机器人技术。相比达芬奇外科手术系统，TransEnterix设备更便宜，并且有着达芬奇外科手术系统没有的功能：比如眼球追踪软件和触觉反馈。

  Medrobotics的Flex Robotic系统提供喉部手术的机器人协助视觉系统，让手术灵活性更好，操作更便利。系统能让机器人到达医生到达不了的地方，帮助喉部患病者解除病痛。

  医械行业的“老大”——Medtronic（美力敦）也不甘落后，与以色列手术机器人公司Mazor达成了4200万美元的股权合作，着手进驻脊柱外科微创机器人领域......几个月前美力敦高管更表示将在2018年年中之前发布新式外科手术机器人，计划首先在印度投入临床应用。

  Remebot此产品是由天智航产品源于北京航空航天大学和北京积水潭医院合作完成的863项目成果衍生出来的，能够大大减少患者创伤、降低经济负担，提高医生手术效率，只是用两毫米的微创，代替过去开颅手术，只用30分钟就能够实现主刀医师的手术方案，定位误差能做到小于1毫米。

  CRAS：海军总医院与北京航天航空大学联合开发的机器人系统CRAS是国内手术机器人系统的先行者，已完成第五代的研制和临床应用。该系统系统选用PUMA260、262机器人作为系统辅助操作的执行机构。第一代机器人于1997年5月首次应用于临床——在两名医生和一名计算机专家的共同指令下首次完成立体定向颅咽管瘤内放射治疗术；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，自动定位功能更先进，实现了视觉自动定位，使手术误差更小，手术操作更快捷安全。该系统能利用互联网实施远程操作手术。

  由哈尔滨工业大学机器人研究所研制成功，并通过国家“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，并申请了多项国家发明专利。这一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。

  由天津大学、中南大学等单位联合研发，具备自主知识产权的“妙手S”机器人在中南大学湘雅三医院成功完成三台手术，宣告国内首例国产机器人手术已成功开展。“妙手S”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，较国外同种类型的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，更加有助于精度保持。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。

  香港理工大学成功研发了全球首台内置马达外科手术专用机器人系统NSRS，这项研究借助了香港大学李嘉诚医学院的外科临床经验，并已成功应用于动物实验。该技术预计两年后进入临床试验，最快将于2019年推向市场。该系统内置马达驱动机械臂，可经由单一切口或自然腔道进入人体进行各类腹腔或盆腔手术。该系统运作精确，并能提供良好的力度反馈，为微创外科手术领域开创了新的一页。

  如上图所示，我们显而易见——手术机器人正在完成从人为操作的“机器”逐渐向智能“生物”转变......虽然FDA已经明确要求：“所有AI手术机器人必须在人类可控范围内”，但是智能化科技慢慢的变成了未来科技发展的终极方向，在全民智能化的热潮下，未来手术机器人这一领域真的能保证不会从善如流吗？

  （文章来源：中国人机一体化智能系统网） 医疗机器人之所以出现，其实离不开现实需求的推动。当前，按照国际划分标准，我国正处于老龄化社会持续健康发展阶段。老龄人口比重的持续攀升，使得人们的健康、医护需求飞速增加。同时，我国伤残患者人数的不断增多，也对医疗服务产生了巨大需求。在此背景下，如何提供足够的医疗保障和供给成为关键。 而一直以来，受到经济发展水平、医疗服务成本、医疗资源、医疗技术水平、医疗保障制度等因素影响，我国的医疗供给能力都比较偏弱。有关数据显示，当前我国仅有20%的人对现有医疗体系感到满意。换句话说，现有的医疗已经日渐跟不上时代发展。 一方面，医疗设施、医务人员等资源的有限和不均衡，很难满足当下剧增的医疗需求；另一方

  自从疫情爆发后，一批又一批医护人员不顾个人生命安全，义无反顾的赶往湖北，冲上抗疫第一线，构筑了可歌可泣的“抗疫群英谱”。然而疫情并没有因他们的努力而停下脚步，全国病例一直上升，更不可思议的是患者在解除隔离后发病。钟南山谈论新冠肺炎疫情峰值时也认为 病例会在 2月中下旬初步爆发，4月底基本稳定。但是如此病情反复，更是加大了医护人员的工作量。在这种紧要关头，大批的智能医疗服务机器人加入战“疫”。 那么，医疗机器人起到了哪些作用呢？ 为医疗人员分担工作 医疗机器人包含康复机器人、服务机器人、手术机器人、辅助机器人四大类，目前处于一线的主要是服务机器人和辅助机器人。服务机器人，顾名思义，就是能进行服务、家庭看护的机器人，它能够在一定程度上帮助护士进行

  上海钛米机器人科技有限公司在第一季度已完成B+轮融资，融资金额未披露。投资方为上海浦东科创集团有限公司出资平台 - 上海张江火炬创业投资有限公司、上海张江浩成创业投资有限公司、上海张江科技创业投资有限公司、杭州创徒创业投资合伙企业（有限合伙）。        本轮融资将加速钛米机器人在高端医疗机器人的研发、机器人在智慧医院中的应用拓展等的进度。

  从无人机等休闲机器人到医疗领域的关键操作机器人，机器人技术正在改变我们的日常生活。精密驱动系统供应商 Electro Mechanical Systems Ltd的常务董事Stewart Goulding在此探索了该行业当前的一些趋势。 机器人无处不在－从机器人可穿戴设备，手和手臂到伴侣机器人，医疗设施，甚至是模仿蜜蜂行为的生物形态无人机。该行业的主要发展包括协作机器人，无人机和医疗机器人。 工作场所的协作机器人 自2010年代中期问世以来，协作机器人或协作机器人就席卷了市场。合作机器人为生产线提供了各种机会，特别是使人类和机器人能够相互补充，同时又可以安全地相互配合。这些类型的机器人的新趋势是使它们更易于使用，现在具有更具

  高点。 相较于欧美等医疗机器人发达国家——拥有优秀的开发团队、原创性核心技术，并占据全球市场的主要份额。我们国家医疗机器人产业刚刚起步，尚处于研发或临床试验阶段，还未实现产品规模化。 据预测，2020年全球医疗机器人规模有望达到114亿美元。眼下，欧美企业正全力抢滩中国市场，国产医疗机器人也正奋起直追，试图弯道超车。 全球医疗机器人市场占有率分布图 中国医疗机器人市场规模，2013-2022预测 国产机器人兴起 根据国际机器人联合会分类，医用机器人能分为四大类（如图）。 医疗机器人分类、功能、出现顺序和国内应用 手术机器人：技术门槛高，国内以天智航、柏惠维康等为主要代表。 以手术机器人中的神经外科手术机器人为例：

  行业风口已至，百家勇于探索商业模式的公司群雄逐鹿 /

  近年来，伴随着人工智能、大数据等前沿技术的持续不断的发展，作为重要民生领域的医疗行业日渐涌现出慢慢的变多的机器人。这些机器人渗透进康复、手术、医疗服务等各环节之中，被我们统称为“医疗机器人”。医疗机器人的出现与应用，不仅大幅缓解了医务人员的压力，有效解决了医疗资源紧张问题，同时也推动了医疗行业的智能化升级发展。 需求催生火热市场 医疗机器人之所以出现，其实离不开现实需求的推动。 当前，按照国际划分标准，我国正处于老龄化社会持续健康发展阶段。老龄人口比重的持续攀升，使得人们的健康、医护需求飞速增加。同时，我国伤残患者人数的不断增多，也对医疗服务产生了巨大需求。在此背景下，如何提供足够的医疗保障和供给成为关键。 而一直以来，受到经济发展水平、医疗

  近期，一则上海复星医药（集团）股份有限公司的第七届董事会第七十八次会议的决议公告被公布，内容上写道达芬奇手术机器人的中国代理权转给了直观复星上海和直观复星香港两家公司，但只持有40％股份，而控股权由美国直观医疗器械公司间接掌握。这消息一出，就有业内人士担忧，拥有间接控制权的ISGR将会对中国市场造成非常大的影响。 1999年，由美国研发的一个外科微创型手术机器人－达芬奇手术机器人被开发出来，一直到今天，达芬奇机器人垄断市场二十年，稳坐手术机器人界的霸主之位，保持着高达70％的毛利率、30％的净利率，总市值接近600亿。 目前在达芬奇手术机器人达芬奇手术机器人普外科手术，或者是泌尿科、心血管外科、胸外科、妇科、五官科、小儿外科等等

  1、达芬奇手术 达芬奇手术机器人由直觉外科公司生产，是世界上最成功的手术机器人，也是最广泛使用的医疗机器人。直觉外科公司从1996年推出第一代达芬奇机器人至今，已发展到了第四代。 使用达芬奇手术机器人进行手术，一般只需几个直径2厘米内的小切口就可以完成，精度极高，这在某种程度上预示着出血更少、愈合更快并降低感染风险。在2015年，达芬奇手术机器人因在窄口瓶中为一颗葡萄缝合而成为网红。达芬奇手术机器人慢慢的变成了机器人辅助手术的标准。 批准的适合使用的范围包括：泌尿外科腹腔镜手术、普通外科腹腔镜手术、妇产科腹腔镜外科手术、胸外科胸腔镜手术、胸腔镜辅助心脏切开术，在心脏血管重建中可结合纵膈切开术进行冠状动脉吻合术等。 2

  主从夹持控制管理系统设计与实现

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