機器人，總是一個能夠帶來話題討論的熱點。從可愛的兒童機器人到實用的家庭掃地機器人，日常生活中我們能夠常?？吹健５懔私忉t(yī)療電子方面的手術(shù)機器人嗎？你知道手術(shù)機器人已經(jīng)可用于成人和兒童的普通外科、心胸外科、頭頸外科、泌尿外科、婦科和腹部外科嗎？

　　根據(jù)數(shù)據(jù)顯示， 2014年，手術(shù)機器占全球醫(yī)療機器人份額60%以上，占比最重。在美國，2007至2013年間有 170萬名病人進行了機器人手術(shù)。國外知名的外科手術(shù)機器人包括達芬奇、 宙斯及伊索機器人，國內(nèi)手術(shù)機器人有黎元、 妙手 A 、妙手 S等。

　　美國直覺外科機器人公司，可以稱的上是目前全球最先進的醫(yī)療機器人的生產(chǎn)商，估值約200億美元。他家的主要產(chǎn)品就是達芬奇機器人手術(shù)系統(tǒng)。本文來拆解達芬奇機器人手術(shù)系統(tǒng)，看看它里面有什么技術(shù)。

　　達芬奇機器人手術(shù)系統(tǒng)是建立在MIT（美國麻省理工學院）研發(fā)的機器人外科手術(shù)的技術(shù)基礎(chǔ)上，經(jīng)過逐步開發(fā)而成為當今最先進的微創(chuàng)外科治療平臺，達芬奇手術(shù)機器人的正式名稱為“內(nèi)窺鏡手術(shù)器械控制系統(tǒng)”。

　　達芬奇機器人2000年通過美國FDA認證，批準其投入使用，這是目前最先進的機器人手術(shù)輔助系統(tǒng)。

　　●被專利籠罩的達芬奇機器人手術(shù)系統(tǒng)

　　直覺外科機器人公司之所以能成為腔手術(shù)輔助醫(yī)療機器人的領(lǐng)軍企業(yè)，這家公司十分注重技術(shù)專利保護。

　　達芬奇系統(tǒng)申請的專利主要集中于以下方面：

　　●手機械臂設計技術(shù)

　　●微小手術(shù)器械設計

　　●主從控制策略

　　●三維立體視覺

　　●人機工效學

　　據(jù)不完全統(tǒng)計，達芬奇系統(tǒng)申請相關(guān)專利高達700余項，幾乎覆蓋了外科手術(shù)機器人的全部技術(shù)保護點，這也奠定了直覺外科機器人公司穩(wěn)固的壟斷地位。

　　下面具體說一說達芬奇機器人手術(shù)系統(tǒng)的具體構(gòu)造。

　　上圖是醫(yī)生借助手術(shù)機器人在實施手術(shù)的過程，其工作原理是通過無線操作進行的外科手術(shù)，即醫(yī)生坐在電腦顯示屏前，通過顯示屏和內(nèi)窺鏡仔細觀察病人體內(nèi)的病灶情況，然后通過機器人手中的手術(shù)刀將病灶精確切除（或修復）。

　　●達芬奇機器人手術(shù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　它主要由三個部分組成 ：一是醫(yī)生控制系統(tǒng)，即主刀醫(yī)生操作控制臺；二是機械臂系統(tǒng)；三是高性能的視覺系統(tǒng)。

　　●醫(yī)生控制系統(tǒng)（控制臺系統(tǒng)）

　　圖1醫(yī)生操作控制臺

　　如圖1，是醫(yī)生操作控制臺，主要由計算機系統(tǒng)、監(jiān)視器、三維圖像觀察器、操作手柄、腳踏板及輸出設備等組成。該操作臺是達芬奇系統(tǒng)的控制核心。

　　下面以達芬奇Si系統(tǒng)為例，如圖2，為達芬奇Si控制臺系統(tǒng)。

　　圖2 達芬奇Si控制臺系統(tǒng)

　　主刀醫(yī)生坐在控制臺前，通過雙手控制兩個主控制器及用腳控制腳踏板，來控制器械和三維高清內(nèi)窺鏡，通過觀看控制臺上的三維手術(shù)監(jiān)視器來完成操作。

　　監(jiān)視器與高清3D腹腔鏡攝像頭相連，實時將術(shù)中影像轉(zhuǎn)化為高清三維影像， 同時計算機系統(tǒng)通過數(shù)碼變焦可將手術(shù)影像精確放大 6~10倍，利于精細操作完成。

　　●機械臂系統(tǒng)

　　機械臂系統(tǒng)包括機械臂、攝像臂以及手術(shù)器械組成的移動平臺。它一般包括2~3只工作臂及 1只持鏡臂。如下圖3，是達芬奇Si臂系統(tǒng)。

　　圖3 達芬奇Si臂系統(tǒng)

　　達芬奇Si臂系統(tǒng)具有三個機械臂，固定在可移動基座上面，底座通過線纜和高可靠性航空插頭與控制臺相連。

　　在上圖3中，可以清晰地看到中心機械臂是持鏡臂，主要負責握持攝像機系統(tǒng)。在傳統(tǒng)腹腔鏡手術(shù)中，可能出現(xiàn)持鏡助手疲勞，手部出現(xiàn)抖動導致視野不穩(wěn)定情況，而持鏡臂提供更加穩(wěn)定的圖像。其余機械臂是持械臂，負責握持特制外科手術(shù)器械。

　　圖4 達芬奇Si臂系統(tǒng)助力推車

　　如圖4，它是達芬奇Si臂系統(tǒng)助力推車。臂系統(tǒng)的整車依靠腳輪支撐，腳輪具有自鎖能力，也可以實現(xiàn)手工移動。當沒有外部動力源下，助力裝置可提供5分鐘左右的動力支持。

　　●視覺系統(tǒng)

　　圖5 視覺系統(tǒng)

　　達芬奇機器人視覺系統(tǒng)主要由三維內(nèi)窺鏡、攝像機及處理器、觀察系統(tǒng)組成，內(nèi)窺鏡照明采用高質(zhì)量冷光源，該視覺系統(tǒng)是3D高清影像系統(tǒng)，可將手術(shù)部位放大 6~10倍，利于精細操作?？梢詾獒t(yī)生提供真實的視野，操作簡便易學，可以極大地提高手術(shù)效率。

　　●3D高清影像系統(tǒng)

　　在上面視覺系統(tǒng)中已經(jīng)提及，它可將手術(shù)部位放大 6~10倍，利于精細操作?？梢詾獒t(yī)生提供真實的視野，操作簡便易學，可以極大地提高手術(shù)效率。

　　●達芬奇 Endo Wrist 仿真機械手

　　圖6 達芬奇 Endo Wrist 機械手

　　如圖6，它是達芬奇 Endo Wrist 仿真機械手，可模擬人手實現(xiàn)各種操作，非常便捷。 其動作自由度高達7度，包括臂關(guān)節(jié)上下、前后、左右運動與機械手的左右、旋轉(zhuǎn)、開合、末端關(guān)節(jié)彎曲共 7種動作，可實現(xiàn)沿垂直軸 360°和水平軸 270°旋轉(zhuǎn)，且每個關(guān)節(jié)活動度均大于90°。

　　●IntuiTIve 直覺運動控制技術(shù)

　　IntuiTIve 是達芬奇機器人獨有的計算機輔助控制技術(shù)?？梢詫崿F(xiàn)眼-手協(xié)調(diào)、手-機械手端實時同步， 醫(yī)生可以憑借本能進行直覺式的操控機械手端。

　　下面表1比較了傳統(tǒng)開發(fā)手術(shù)、腹腔鏡手術(shù)、達芬奇機器人手術(shù)的不同技術(shù)特點，可以詳盡地了解到達芬奇機器人手術(shù)系統(tǒng)優(yōu)勢。

　　表1 外科手術(shù)技術(shù)特點的比較

　　達芬奇系統(tǒng)目前已經(jīng)生產(chǎn)到第四代產(chǎn)品，于2014年被美國FDA批準投入使用。目前市場上普遍應用的仍然是第三代產(chǎn)品達芬奇Si系統(tǒng)。

　　圖7 第四代達芬奇系統(tǒng)示意圖

　　下面比較一下前三代產(chǎn)品的核心技術(shù)以及進行了哪部分的技術(shù)升級。見下表2 達芬奇系統(tǒng)三代產(chǎn)品核心技術(shù)及技術(shù)升級。

　　表2 達芬奇系統(tǒng)三代產(chǎn)品核心技術(shù)及技術(shù)升級