从人形机器人到手术机器人

手术机器人的历史最早要追溯到距今500多年前，意大利文艺复兴画家、科学家、发明家达·芬奇利用自己的解剖学知识和机械知识，设计了人类历史上的第一个人形机器人。500年后，Intuitive Surgical将自己设计的机器人系统以达芬奇命名，以纪念他对此项技术的贡献。

达芬奇的机械设计

时间来到1985年，美国洛杉矶医院的医生使用工业机器人Puma 560完成了机器人辅助定位的神经外科脑部活检手术，是外科手术史上第一例机器人手术，但遗憾的是，当时生产该机器人的公司为了安全考虑，禁止了该机器人被用于手术。

1980年，随着内窥镜和人工气腹技术的成熟，腹腔镜技术逐渐在美国兴起。为避免扶镜手生理疲劳造成的镜头不稳定，1989年，手术机器人之父王友仑开始研究“伊索”（AESOP，自动最优定位内窥镜系统）——扶镜机械手，使得医生可以通过声控或踏板来控制镜头的运动。伊索系统最终于1997年研制成功，并完成了它的第一例腹腔镜手术，正式带领手术机器人走向了商业化道路。

1998年，美国Computer Motion在伊索的基础上进行了一系列的改造，将其升级为一套完整的手术器械机器人系统——宙斯系统。

宙斯共打造了两套系统——Surgeon-side和Patient-side。Surgeon-side系统由一对主手和显示器构成，医生可以操控主手手柄，通过显示器观察患者体内情况。Patient-side系统由两个机器人手臂和一个内窥镜手臂组成。医生的手柄可以控制机器人手臂的运动，而内窥镜手臂由声控控制。

达芬奇手术机器人的原型机是前斯坦福研究中心（SRI）于20世纪80年代为美国陆军研制的项目，最早曾尝试用于海湾战争与太空站的远程医疗，但受限于当时的网络条件，逐渐放弃了远程而转向手术机器人。达芬奇手术机器人由Intuitive Surgical于1999年研制成功，目前已有四代产品，代表着当今手术机器人的最高水平。

达芬奇系统由三部分构成：医生控制系统，三维成像视频影像平台，以及拥有机械臂、摄像臂和手术器械组成的移动平台。其中3个手臂可用来操控工具，如手术刀、剪刀、电凝止血设备等。第4个手臂为内窥摄像机，其中包含两个镜头，可呈现立体视觉。

外科医生通过摄像机观察手术区域，使用脚踏板来和手杆来操作机械臂。其中，机械臂可在患者体内完成540°的旋转，极大地提高了操作的灵活性。同时，机械臂上的稳定器可过滤人手的抖动，从而完成精细的解剖。

达芬奇手术机器人使用广泛，适用于普外科、泌尿外科、妇科、心血管外科、胸外科等。目前，达芬奇手术机器人在前列腺切除手术、子宫切除术、疝修补术等手术中应用最多，未来也会越来越多地应用于心脏瓣膜修复、心脏搭桥等手术中。2019年，美国达芬奇机器人手术量达到了88万例，其中普外科42万例(占比48%)，妇科28万例(占比32%)，泌尿外科14万例(占比16%)，三科室合计手术量占比约95%。

不断拓展的应用范围

手术机器人按技术类型可分为操作机器人和定位导航机器人，按手术类型可分为软组织机器人和硬组织机器人。如果按从软到硬的发展，可以分为腹腔镜机器人、自然腔道机器人、血管介入机器人、穿刺介入机器人、骨科机器人（包括关节机器人、脊柱机器人和创伤机器人）、神经外科机器人等。操作机器人主要用于软组织，核心技术包括：视觉成像、控制算法、机械电气和影像导航等，是技术密集型、专利密集型、资本密集型的领域。定位导航机器人主要用于硬组织，核心技术包括：医学影像、图像重建、手术规划、空间配准与映射、机械臂控制等。