醫(yī)用機器人的發(fā)展及應用

摘要：近年來，醫(yī)療機器人逐漸成為了醫(yī)學界和機器人領域的熱點之一，在醫(yī)學界得到了廣泛的應用。本文從醫(yī)用機器人發(fā)展歷史、應用分類和其在各個領域中的具體應用進行了綜述，并探討了以后的主要發(fā)展方向。

關鍵詞：醫(yī)用機器人;發(fā)展歷史;應用

一、引言

機器人是機電一體化與生產自動化自20世紀60年代以來發(fā)展的典型代表，在制造業(yè)中起著越來越關鍵的作用。而在醫(yī)療領域中，機器人也占有了一席之地，醫(yī)療機器人逐漸成為了國際機器人研究領域的熱點。在醫(yī)療機器人研究領域中蘊含了醫(yī)學、材料學、機械學、計算機視覺、計算機圖形學、機械力學、數(shù)學分析、生物力學、機器人等諸多學科，是一門多學科交叉融合而成新型研究領域。當下，手術模擬、精確定位、無傷檢測等技術都進行了廣泛的應用，這不僅使得人類醫(yī)學獲得巨大的進步，同時對于新理論、新技術也起到了巨大的推動作用。從當下世界各國的發(fā)展來看，機器人輔助治療將成為醫(yī)學界的一種必然趨勢。

二、醫(yī)用機器人發(fā)展歷史

微創(chuàng)是指以最小的創(chuàng)傷手段達到治療疾病的目的。在微創(chuàng)外科手術中以腹腔鏡為代表的內鏡技術就是其中的佼佼者。該技術的主要特點為傷口小、傷害低、手術中患者痛苦度較低同時傷口恢復速度較快。在當下的醫(yī)療機器人領域中輔助腹腔鏡是醫(yī)療機器人的主要研究方向，使得機器人在外科手術中顯得越來越重要。醫(yī)療機器人的使用是由Computer Motion公司于1994年首次獲得批準應用于臨床的。1997年，在比利時布魯塞爾醫(yī)院由手術機器人AESOP首次完成第一例外科手術。隨后，Intuitive Suigical公司和Computer Motion公司在1999年首次獲得歐洲的CE認證，標志著手術機器人正式誕生。醫(yī)療機器人一般由擴圖像傳送器、輔助手術器械、傳送網(wǎng)絡以及各類機械臂等組成，分為主控臺和獨立機械臂兩大部分。手術醫(yī)師主要通過控制臺控制機械臂，機械臂控制患者體內的醫(yī)療器械來達到手術目的。在整個手術過程中，醫(yī)師都是坐著完成的，只需觀察病人情況，在控制臺進行操作就可以完成整個手術。2000年美國FDA批準Intuitive Suigical公司制造的機器人“達芬奇”正式運用于臨床，標志著醫(yī)療機器人正式投入使用。此后，醫(yī)療外科機器人得到了迅猛的發(fā)展。在隨后的不斷發(fā)展之下，現(xiàn)今已有約150多個醫(yī)院運用手術機器人進行工作，取得了巨大的成就。

正是由于腹腔鏡領域醫(yī)療機器人的成功應用，醫(yī)療機器人受到了廣泛的關注，迅速成為外科領域研究的新熱點，對機器人領域和醫(yī)學領域起到了巨大的推動作用。

三、醫(yī)療機器人的應用分類

3.1依據(jù)交互方式進行分類

在當下醫(yī)療機器人中依據(jù)機器人與醫(yī)生的交互方式可以分為以下三類：

（1）超級控制系統(tǒng)。超級控制系統(tǒng)主要是醫(yī)生在使用機器人之前離線狀態(tài)進行手術規(guī)劃，將手術規(guī)劃輸入進機器人后，醫(yī)療機器人在醫(yī)生的監(jiān)控之下按照之前輸入的手術方案獨立進行手術的過程。

（2）遠程手術系統(tǒng)。遠程手術系統(tǒng)是手術機器人并不進行獨立的手術過程，機器人完全在手術醫(yī)生的操作之下，其只作為一種手術的工具，忠實地按照醫(yī)生的意愿進行手術。

（3）共享控制系統(tǒng)。共享控制系統(tǒng)是醫(yī)師與機器人共同控制手術，外科醫(yī)生對于機器人本身擁有部分的控制權限，機器人提供穩(wěn)定手操作，使得醫(yī)生與機器人協(xié)同操作。

3.2依據(jù)優(yōu)勢進行分類

（1）輔助精準定位。通過圖像進行引導，使得外科手術可以更加精準。該類機器人主要是運用圖像數(shù)字信息技術來進行病變體定位的，主要包括CT和MR影像兩種。在傳統(tǒng)的定位系統(tǒng)中主要依賴感興趣區(qū)解剖結構和Maiker點，對于實際定位中的組織變形和結構錯位并沒有考慮，因此手術定位無法精準，則MRI就成為了主要的應用方向。

（2）增強手靈活性系統(tǒng)。通過動作放大、縮小裝置使得手靈活性大大增強。美國國家航天局和空間發(fā)展署發(fā)明了一種叫顯微外科系統(tǒng)的機器人輔助精細平臺，該平臺通過主控制可操作六個自由度的機械手臂，同時還配備了六個自由度的觸覺手臂，可實施高精準度需求的手術。在當今醫(yī)學界，如頸動脈吻合術等的微血管吻合術應用廣泛，成功率得到了有效的提高。

（3）穩(wěn)定手系統(tǒng)。通過過濾震顫裝置使得手術精準度更高，使顯微手術更加穩(wěn)定。穩(wěn)定手系統(tǒng)的代表由ohns Hopkins大學研究成功的。該系統(tǒng)操作系統(tǒng)和機械臂相連，通過控制器可以計算反饋力度并進行過濾震顫，系統(tǒng)內還有壓力表可以監(jiān)測壓力?，F(xiàn)階段該系統(tǒng)還在實驗階段。

四、醫(yī)療機器人在各個領域的應用

當下，醫(yī)療機器人應用最多的是腹腔鏡手術與膽囊切除術兩手術中。自達芬奇和宙斯問世以來，已經有7000例患者得到了有效救治，全世界范圍內已經有多家醫(yī)院應用了這兩套機器人系統(tǒng)。宙斯機器人可以減少手術時間，同時不同要醫(yī)師輔助，對患者傷害更小、身體恢復也更加快速。在適應癥方面的應用有，如膽囊切除術、脾切除術、肥胖癥手術等。在泌尿外科手術方面的應用有，腎切除術、精索靜脈曲張結扎術、前列腺切除術、盆腔淋巴結清掃術和輸尿管松解術等。在骨科方面有脊髓外科手術等，婦產科方面也有輸卵管再通吻合術等技術貢獻。其中最能體現(xiàn)手術機器人價值的要屬在心臟外科領域的應用，醫(yī)療機器人在心臟外科方面已經可以在心臟跳動的情況下完成手術任務，如腔鏡下房間隔缺損修補術、腔鏡下乳內動脈的分離、助冠脈搭橋術等。

神經外科醫(yī)療機器人的應用主要分三個方向：離體定向手術系統(tǒng)、腦室鏡和常規(guī)手術。腦室鏡和腹腔鏡系統(tǒng)較為相似。立體定向系統(tǒng)是運用醫(yī)療機器人精準定位系統(tǒng)在顱內進行手術，將微創(chuàng)器械導入特定位置進行手術治療。國內首例無框架腦立體定向手術由我國海軍總院和北京航天大學完成。對于常規(guī)的開路手術來說，現(xiàn)今較成熟的是如本的Neurobot系統(tǒng)，該系統(tǒng)由操作支持設備、手術輸入裝置、為操作器、顯示器、內鏡和激光器等組成。目前該系統(tǒng)主要用于動物實驗中。加拿大的Neuro Am是另外一種較為成熟的產品，該系統(tǒng)是MRI兼容的手術平臺，可以廣泛應用于神經外科手術。它通過主控制系統(tǒng)控制手控制器，機械臂通過復制手控制器來完成手術。在外部，工作站給予醫(yī)師反饋，形成一個虛擬現(xiàn)實的環(huán)境。

五、醫(yī)療機器人的前景與啟示

醫(yī)療機器人作為當今世界的研究熱點，在歐美、日本等國國際先進機器人計劃已經多次召開研討會，許多著名會議都將醫(yī)療機器人作為專項議題拿來研討。在歐美等國都已成立專項基金，積極研究醫(yī)療機器人，以期在機器人領域占得先機。

現(xiàn)今，多學科融合已經成為科技研究領域的大趨勢，醫(yī)療機器人研究也同樣如此?，F(xiàn)今的醫(yī)療機器人大多有便攜性差、反饋系統(tǒng)差等不足，如果將專家系統(tǒng)、人工神經學、人工智能、模糊邏輯學等融入機器人領域中后，醫(yī)療機器人一定會具有更高的智能型?；仡櫿麄€發(fā)展過程，機器人輔助手術一定是未來醫(yī)學治療的主流，可以使醫(yī)師無論身處何處都能及時為患者進行有效治療。

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作者簡介：劉鑫（1972.6—），本科，1997年7月畢業(yè)于太原理工大學，工程師。