医用机器人的发展及应用

摘要：近年来，医疗机器人逐渐成为了医学界和机器人领域的热点之一，在医学界得到了广泛的应用。本文从医用机器人发展历史、应用分类和其在各个领域中的具体应用进行了综述，并探讨了以后的主要发展方向。

关键词：医用机器人;发展历史;应用

一、引言

机器人是机电一体化与生产自动化自20世纪60年代以来发展的典型代表，在制造业中起着越来越关键的作用。而在医疗领域中，机器人也占有了一席之地，医疗机器人逐渐成为了国际机器人研究领域的热点。在医疗机器人研究领域中蕴含了医学、材料学、机械学、计算机视觉、计算机图形学、机械力学、数学分析、生物力学、机器人等诸多学科，是一门多学科交叉融合而成新型研究领域。当下，手术模拟、精确定位、无伤检测等技术都进行了广泛的应用，这不仅使得人类医学获得巨大的进步，同时对于新理论、新技术也起到了巨大的推动作用。从当下世界各国的发展来看，机器人辅助治疗将成为医学界的一种必然趋势。

二、医用机器人发展历史

微创是指以最小的创伤手段达到治疗疾病的目的。在微创外科手术中以腹腔镜为代表的内镜技术就是其中的佼佼者。该技术的主要特点为伤口小、伤害低、手术中患者痛苦度较低同时伤口恢复速度较快。在当下的医疗机器人领域中辅助腹腔镜是医疗机器人的主要研究方向，使得机器人在外科手术中显得越来越重要。医疗机器人的使用是由Computer Motion公司于1994年首次获得批准应用于临床的。1997年，在比利时布鲁塞尔医院由手术机器人AESOP首次完成第一例外科手术。随后，Intuitive Suigical公司和Computer Motion公司在1999年首次获得欧洲的CE认证，标志着手术机器人正式诞生。医疗机器人一般由扩图像传送器、辅助手术器械、传送网络以及各类机械臂等组成，分为主控台和独立机械臂两大部分。手术医师主要通过控制台控制机械臂，机械臂控制患者体内的医疗器械来达到手术目的。在整个手术过程中，医师都是坐着完成的，只需观察病人情况，在控制台进行操作就可以完成整个手术。2000年美国FDA批准Intuitive Suigical公司制造的机器人“达芬奇”正式运用于临床，标志着医疗机器人正式投入使用。此后，医疗外科机器人得到了迅猛的发展。在随后的不断发展之下，现今已有约150多个医院运用手术机器人进行工作，取得了巨大的成就。

正是由于腹腔镜领域医疗机器人的成功应用，医疗机器人受到了广泛的关注，迅速成为外科领域研究的新热点，对机器人领域和医学领域起到了巨大的推动作用。

三、医疗机器人的应用分类

3.1依据交互方式进行分类

在当下医疗机器人中依据机器人与医生的交互方式可以分为以下三类：

（1）超级控制系统。超级控制系统主要是医生在使用机器人之前离线状态进行手术规划，将手术规划输入进机器人后，医疗机器人在医生的监控之下按照之前输入的手术方案独立进行手术的过程。

（2）远程手术系统。远程手术系统是手术机器人并不进行独立的手术过程，机器人完全在手术医生的操作之下，其只作为一种手术的工具，忠实地按照医生的意愿进行手术。

（3）共享控制系统。共享控制系统是医师与机器人共同控制手术，外科医生对于机器人本身拥有部分的控制权限，机器人提供稳定手操作，使得医生与机器人协同操作。

3.2依据优势进行分类

（1）辅助精准定位。通过图像进行引导，使得外科手术可以更加精准。该类机器人主要是运用图像数字信息技术来进行病变体定位的，主要包括CT和MR影像两种。在传统的定位系统中主要依赖感兴趣区解剖结构和Maiker点，对于实际定位中的组织变形和结构错位并没有考虑，因此手术定位无法精准，则MRI就成为了主要的应用方向。

（2）增强手灵活性系统。通过动作放大、缩小装置使得手灵活性大大增强。美国国家航天局和空间发展署发明了一种叫显微外科系统的机器人辅助精细平台，该平台通过主控制可操作六个自由度的机械手臂，同时还配备了六个自由度的触觉手臂，可实施高精准度需求的手术。在当今医学界，如颈动脉吻合术等的微血管吻合术应用广泛，成功率得到了有效的提高。

（3）稳定手系统。通过过滤震颤装置使得手术精准度更高，使显微手术更加稳定。稳定手系统的代表由ohns Hopkins大学研究成功的。该系统操作系统和机械臂相连，通过控制器可以计算反馈力度并进行过滤震颤，系统内还有压力表可以监测压力。现阶段该系统还在实验阶段。

四、医疗机器人在各个领域的应用

当下，医疗机器人应用最多的是腹腔镜手术与胆囊切除术两手术中。自达芬奇和宙斯问世以来，已经有7000例患者得到了有效救治，全世界范围内已经有多家医院应用了这两套机器人系统。宙斯机器人可以减少手术时间，同时不同要医师辅助，对患者伤害更小、身体恢复也更加快速。在适应症方面的应用有，如胆囊切除术、脾切除术、肥胖症手术等。在泌尿外科手术方面的应用有，肾切除术、精索静脉曲张结扎术、前列腺切除术、盆腔淋巴结清扫术和输尿管松解术等。在骨科方面有脊髓外科手术等，妇产科方面也有输卵管再通吻合术等技术贡献。其中最能体现手术机器人价值的要属在心脏外科领域的应用，医疗机器人在心脏外科方面已经可以在心脏跳动的情况下完成手术任务，如腔镜下房间隔缺损修补术、腔镜下乳内动脉的分离、助冠脉搭桥术等。

神经外科医疗机器人的应用主要分三个方向：离体定向手术系统、脑室镜和常规手术。脑室镜和腹腔镜系统较为相似。立体定向系统是运用医疗机器人精准定位系统在颅内进行手术，将微创器械导入特定位置进行手术治疗。国内首例无框架脑立体定向手术由我国海军总院和北京航天大学完成。对于常规的开路手术来说，现今较成熟的是如本的Neurobot系统，该系统由操作支持设备、手术输入装置、为操作器、显示器、内镜和激光器等组成。目前该系统主要用于动物实验中。加拿大的Neuro Am是另外一种较为成熟的产品，该系统是MRI兼容的手术平台，可以广泛应用于神经外科手术。它通过主控制系统控制手控制器，机械臂通过复制手控制器来完成手术。在外部，工作站给予医师反馈，形成一个虚拟现实的环境。

五、医疗机器人的前景与启示

医疗机器人作为当今世界的研究热点，在欧美、日本等国国际先进机器人计划已经多次召开研讨会，许多著名会议都将医疗机器人作为专项议题拿来研讨。在欧美等国都已成立专项基金，积极研究医疗机器人，以期在机器人领域占得先机。

现今，多学科融合已经成为科技研究领域的大趋势，医疗机器人研究也同样如此。现今的医疗机器人大多有便携性差、反馈系统差等不足，如果将专家系统、人工神經学、人工智能、模糊逻辑学等融入机器人领域中后，医疗机器人一定会具有更高的智能型。回顾整个发展过程，机器人辅助手术一定是未来医学治疗的主流，可以使医师无论身处何处都能及时为患者进行有效治疗。

参考文献

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[3]陈皓，兰候翠，刘伶俐.医用机器人的伦理问题及应对之策[J].中国医学伦理学，2019，32（06）：724-727.

作者简介：刘鑫（1972.6—），本科，1997年7月毕业于太原理工大学，工程师。