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常看到。但你了解醫療電子方面的手術機器人嗎？你知道手術機器人已經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？

　　根據數據顯示， 2014年，手術機器占全球醫療機器人份額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。國外知名的外科手術機器人包括達芬奇、 宙斯及伊索機器人，國內手術機器人有黎元、 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療機器人的生產商，估值約200億美元。他家的主要產品就是達芬奇機器人手術系統。本文來拆解達芬奇機器人手術系統，看看它里面有什么技術。

　　達芬奇機器人手術系統是建立在MIT（美國麻省理工學院）研發的機器人外科手術的技術基礎上，經過逐步開發而成為當今最先進的微創外科治療平臺，達芬奇手術機器人的正式名稱為“內窺鏡手術器械控制系統”。

　　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輔助系統。

　　●被專利籠罩的達芬奇機器人手術系統

　　直覺外科機器人公司之所以能成為腔手術輔助醫療機器人的領軍企業，這家公司十分注重技術專利保護。

　　達芬奇系統申請的專利主要集中于以下方面：

　　●手機械臂設計技術

　　●微小手術器械設計

　　●主從控制策略

　　●三維立體視覺

　　●人機工效學

　　據不完全統計，達芬奇系統申請相關專利高達700余項，幾乎覆蓋了外科手術機器人的全部技術保護點，這也奠定了直覺外科機器人公司穩固的壟斷地位。

　　下面具體說一說達芬奇機器人手術系統的具體構造。

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

　　●達芬奇機器人手術系統結構

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

　　●醫生控制系統（控制臺系統）

　　圖1醫生操作控制臺

　　如圖1，是醫生操作控制臺，主要由計算機系統、監視器、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的控制核心。

　　下面以達芬奇Si系統為例，如圖2，為達芬奇Si控制臺系統。

　　圖2 達芬奇Si控制臺系統

　　主刀醫生坐在控制臺前，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窺鏡，通過觀看控制臺上的三維手術監視器來完成操作。

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

　　●機械臂系統

　　機械臂系統包括機械臂、攝像臂以及手術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。

　　圖3 達芬奇Si臂系統

　　達芬奇Si臂系統具有三個機械臂，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。在傳統腹腔鏡手術中，可能出現持鏡助手疲勞，手部出現抖動導致視野不穩定情況，而持鏡臂提供更加穩定的圖像。其余機械臂是持械臂，負責握持特制外科手術器械。

　　圖4 達芬奇Si臂系統助力推車

　　如圖4，它是達芬奇Si臂系統助力推車。臂系統的整車依靠腳輪支撐，腳輪具有自鎖能力，也可以實現手工移動。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

　　圖5 視覺系統

　　達芬奇機器人視覺系統主要由三維內窺鏡、攝像機及處理器、觀察系統組成，內窺鏡照明采用高質量冷光源，該視覺系統是3D高清影像系統，可將手術部位放大 6~10倍，利于精細操作。可以為醫生提供真實的視野，操作簡便易學，可以極大地提高手術效率。

　　主要核心技術包括：

　　●3D高清影像系統

　　在上面視覺系統中已經提及，它可將手術部位放大 6~10倍，利于精細操作。可以為醫生提供真實的視野，操作簡便易學，可以極大地提高手術效率。

　　●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，可模擬人手實現各種操作，非常便捷。 其動作自由度高達7度，包括臂關節上下、前后、左右運動與機械手的左右、旋轉、開合、末端關節彎曲共 7種動作，可實現沿垂直軸 360°和水平軸 270°旋轉，且每個關節活動度均大于90°。

　　●Intuitive 直覺運動控制技術

　　Intuitive 是達芬奇機器人獨有的計算機輔助控制技術。可以實現眼-手協調、手-機械手端實時同步， 醫生可以憑借本能進行直覺式的操控機械手端。

　　下面表1比較了傳統開發手術、腹腔鏡手術、達芬奇機器人手術的不同技術特點，可以詳盡地了解到達芬奇機器人手術系統優勢。

　　表1 外科手術技術特點的比較

　　達芬奇系統目前已經生產到第四代產品，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品達芬奇Si系統。

　　圖7 第四代達芬奇系統示意圖

　　下面比較一下前三代產品的核心技術以及進行了哪部分的技術升級。見下表2 達芬奇系統三代產品核心技術及技術升級。

　　表2 達芬奇系統三代產品核心技術及技術升級