手术机器人的应用现状与未来发展趋势

手术机器人的应用现状与未来发展趋势

手术机器人的基础与优势：空间定位能力提高、计算机强大快速的计算能力、3D数字化医疗影像。

近年来，机器人不仅用于工业领域，在医疗系统也已得到推广应用。目前，关于机器人在医疗界中的应用的研究主要集中在外科手术机器人、康复机器人、护理机器人和服务机器人方面。

手术机器人是一组器械的组合装置。它通常由一个内窥镜(探头)、刀剪等手术器械、微型摄像头和操纵杆等器件组装而成。据国外厂商介绍，目前使用中的手术机器人的工作原理是通过无线操作进行的外科手术，即医生坐在电脑显示屏前，通过显示屏和内窥镜仔细观察病人体内的病灶情况，然后通过机器人手中的手术刀将病灶精确切除(或修复)。

外科手术机器人是目前应用范围最广且最具前景，其提供的强大功能克服了传统外科手术中精确度差、手术时间过长、医生疲劳、和缺乏三维精度视野等问题。

达芬奇系统由美国Intuitive Surgical(ISRG)公司开发和制造，1999年获得欧洲CE市场认，次年被FDA正式批准投入使用。此手术系统最初主要用于泌尿外科的微创手术，例如前列腺切除手术，现在被越来越多地应用于心外科，妇科以及小儿外科等外科微创手术。

医用机器人手术数量从2005年25000例达到2016年65万例。80%的前列腺切除手术是由机器人完成的。从全球市场来看，BCG波士顿咨询数据显示，截止2016年1月，全球医疗机器人行业每年营收达到74.7亿美元，预计未来5年年复合增长率能稳定在15.4%。至2020年，全球医疗机器人规模有望达到114亿美元。其中，手术机器人占60%左右的市场份额。截止到2014年年底，直觉外科公司在全球销售了3266台。2015年第三季，中国达芬奇46台，中国有三甲医院1079家，渗透率为4.3%。从另一角度看，这也表明中国的医疗机器人产业还大有可为。

中国手术机器人正在打破“达芬奇”的技术垄断。

2013年11月，国家“863”计划资助项目——“微创腹腔外科手术机器人系统”，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。

威高集团的“妙手S”微创手术机器人

“妙手S”微创手术机器人是与天津大学合作研发、具有自主知识产权的第三代微创手术机器人，可实现模块化组装。目前已开展腔镜手术机器人技术研究和临床动物实验，顺利完成了胆囊摘除、肠癌根治等复杂临床手术，现在已经成功为六位患者实施手术，标志着我国的腹腔微创手术机器人已进入临床试验阶段。2014年04月，中南大学湘雅三医院顺利完成了3例国产机器人手术，这是我国自主研制的手术机器人系统首次运用于临床。

NeuroArm是目前唯一一个兼容MR的立体定向机器人。

Medtech SA成立于2002年，总部设在法国南部蒙彼利埃，是一家全球领先的手术辅助机器人系统研发商。公司的旗舰产品ROSA脑部机器人已经获得欧洲、美国、中国、加拿大和澳大利亚的批准。目前主要用于功能神经外科，包括癫痫、帕金森病的手术。

国内有301、三博脑科医院、天坛医院、宣武医院、沈阳军区总医院等多家医院装备。

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(Computer and Robot Assisted Surgery，CRAS)。CRAS是国内手术机器人系统的先行者，已完成第六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。第二代1999年研制成功，实现了无框架立体定向手术，这就是华志CAS-R-2。第五代机器人除了前四代机器人的特点外，自动定位功能更加先进，实现了视觉自动定位，使手术误差更小，手术操作更加快捷安全。该系统能通过互联网实施远程操作手术。而北京柏惠维康的Remebot则是第六代产品，具有主动臂及更为智能的操作系统。产品是海军总医院(田增民)、北京航空航天大学(王田苗)、公司三方合作的结果。Remebot在临床研究阶段得到天坛医院、宣武医院、301医院、郑州大学第一附属医院的大力支持。

NeuroBlate® System则是应用激光系统的立体定向机器人。

国外产品有以色列Mazor Robotics的脊柱机器人;美国Curexo的关节机器人;美国Mako的关节机器人也有很强的市场发展。

手术机器人的老牌医疗公司Stryker也进入手术机器人市场，其选择的方向则是：骨科。 Stryker公司是全球骨科356亿美元市场中最大的公司之一，自从Homer Stryker医生于1941年研制并生产第一台产品至今，已拥有30家现代化工厂。公司产品涉及关节臵换、创伤、颅面、脊柱、手术设备、神经外科、耳鼻喉、介入性疼痛管理、微创手术、导航手术、智能化手术室及网络通讯、生物科技、医用床、急救推床等。2013年，Stryker以16.5亿美元收购Mako外科治疗公司及其相关核心技术。Mako总部位于佛罗里达州，其主打产品包括Makoplasty全髋关节臵换系统等。MAKOplasty由具有高精确性的RIO机械臂系统和创新性的髋膝关节假体系统组成，二者突破了传统工具的限制，用微创的手术方式，精确植入假体，恢复自然的髋关节和膝关节。MAKOplasty膝关节系统针对早到中期膝关节骨性关节炎患者，可进行单间室或多间室的假体置换。允许医生术中实时调整膝关节力线和软组织平衡。并通过微创的手术方式保留更多骨质和组织，病人恢复更快。 MAKOplasty髋关节臵换手术可以通过机械臂精确限定关节锉进入的深度并指导方向和角度，从而达到手术更加精确和安全的目的。

新一代产品天玑是天智航的第三代国产骨科手术机器人，是世界上唯一一个能够开展四肢、骨盆骨折以及脊柱全节段(颈椎、胸椎、腰椎、骶椎)手术的骨科机器人系统。产品由北京积水潭医院(田伟)、北京航空航天大学(王田苗)、北京天智航医疗科技三方联合研发。

天玑骨科手术机器人精准定位误差不到1毫米。2016年11月16日，功能强大的“天玑”正式获得国家食品药品监督管理总局颁发的医疗器械注册证，拿到了正式上市所需的关键“通行证”。“天玑”凭借亚毫米级的高精准度的“眼”和高稳定性的“手”，远远领先于全球同类产品。在临床试验期间，“天玑”的上一代产品就已在全国十多家医院使用，累计手术超过2000例。“玛特I”骨科手术机器人也在跃跃欲试。

由于血管介入手术的发展迅速，以及血管介入应用机器人的良好前景，世界各国都在加快研发用于血管介入手术的机器人。 美国、以色列、日本、德国和韩国相继开展血管介入手术机器人研究。其中Hansen和Corpath得到FDA认证，并积极应用于临床，主要在心脏介入领域。

国家863项目，北京航空航天大学(王田苗、刘达)、北京理工大学(郭书祥)、海军总医院(田增民)与北京医院(王大明)共同研发中国首款血管介入机器人，成功完成全脑血管造影临床手术。

更多的研究团队在加入这个行列。北京天坛医院(李佑祥)与北京理工大学(郭书祥)团队;复旦大学团队(余波)：自主研发国产远程数控血管介入机器人，成功完成动物全脑血管造影手术。系统的专用数字导管头部具有多重关节，各关节可向任意方位弯曲，以适应血管的自然解剖形态;配套导丝和导管均能实现数字化独立旋转与进退，可有效降低腔内操作对血管壁的造成损伤。

中国科学院：这款血管介入手术机器人有着和人的小臂相似的高精度机器臂，它具备基于多数据融合的机器人定位与导航技术，能用激光找准手术点，“医生如果不用这个机器人，需要用上百例动物实验后才能找准手术部位，有了这项技术，就能够通过机器臂感知血管位置和压力，大大提高手术的准确率“。

手术机器人正在渗透各个外科亚专业，包括牙科、眼科、整形外科、移植外科等。

医用机器人手术数量从2005年25000例达到2016年65万例。80%的前列腺切除手术是由机器人完成的。

机器人手术种类：在普外科中，胃部分切除术、阑尾切除术、胃造口术、乳房切除术等;肝胆外科的胆囊切除术、肝门空肠吻合术、总胆管造口术等;妇产科的子宫切除术、卵巢错位、子宫肌瘤切除术等;泌尿外科中，前列腺切除术、肾切除术、输尿管成形术等;胸心外科的心脏不停跳旁路术、瓣膜修复术、食管肿物切除术等手术,达芬奇手术机器人都可以漂亮地完成。

机器人的最大特点是它具有人不具备的灵巧性，其基础在于：1、震颤过滤系统能滤除外科医生手部颤动;2、动作缩减系统能成比例(5：1)缩减外科医生的动作幅度。

触觉反馈(力反馈)缺少或不足，正在慢慢地随着技术的进步得以提高。

AR和VR，以及混合现实，将可以更方便地应用于外科手术。

未来的方向：未来医用机器人发展还应该更加注重轻量化、精密、灵巧机器人机构构型创新设计;系统集成面向具体的手术流程需求、手术室应用，遥控操作及远程手术操作;高精度3D跟踪定位及可视化技术实现术中实时标定及配准;与互联网和大数据的结合。人工智能的快速进展将开创外科机器人的一片新天地。

远程医疗在未来我们会拥有远程医疗的条件，医生可以为世界上其他地方的患者动手术;远程医疗的发展同样意味着医生之间更高层面的竞争，这会提高外科医生的准入门槛，让他们在自己的领域变的最为出色。微创理念进一步深化 在未来我们可以只通过单一的创口为患者进行手术，或许可以通过肚脐或血管，插入一支蛇形的机械臂或者微型机器人完成外科手术。

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