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(yī)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(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。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(yī)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(fā)的機器人外科手術的技術基礎上，經過逐步開發(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(yī)療機器人的領軍企業(yè)，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(wěn)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(yī)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(yī)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(yī)生控制系統，即主刀醫(yī)生操作控制臺；二是機械臂系統；三是高性能的視覺系統。

　　●醫(yī)生控制系統（控制臺系統）

　　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、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(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窺鏡，通過觀看控制臺上的三維手術監(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(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?？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效率。

　　●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?？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(jié)上下、前后、左右運動與機械手的左右、旋轉、開合、末端關節(jié)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(jié)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?？梢詫崿F眼-手協調、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比較了傳統開發(fā)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(yōu)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