机器人远程手术研究状况与展望

    随着国外远程手术机器人的发展，国内也开展了一系列远程手术的研究。2003年9月，基于北航设计开发的黎元BH-600医疗机器人和机器人遥操作系统，远程立体定向脑外科手术在北京和沈阳之间进行，主治医师在北京而患者在沈阳，患者为1名因脑出血压迫神经而偏瘫失语的中年男性，手术进行了50min，术后患者偏瘫失语症立即消失，这也是国内第1例远程手术。2012年12月，由北京航空航天大学和海军总医院合作开发的BH-7机器人系统（图3）完成了我国首次海上远程手术；手术过程中，医生位于北京的海军总医院远程中心，患者位于太平洋某海域的医院船上，手术通过卫星通信建立通信连接，最后手术获得成功。

图3 BH-7机器人系统

2 各主要远程手术机器人的特点

    2.1 da Vinci  da Vinci机器人手术系统主要由医生控制台、1个装有4支7个自由度交互手臂的床旁机械臂塔和1个高精度的3D高清视觉系统构成。借助于高清立体成像、多关节臂自动化控制及光缆信号传送等高科技设备，使其具备了三维高清术野、手臂无抖动、镜头固定、活动范围广、器械移动度大等优点，并且改变了术者站在手术台旁操作的传统模式，由主刀医师坐在控制台前完成手术全过程。

    系统特点：①仿真手腕，人手的全部动作被实时转化为精确的机械手动作，可运用开放式手术中使用的任何技巧；②三维立体图像，采用双镜头三晶片数码摄像系统，是唯一具有真正三维景深和高分辨率的系统；③手术操作更精确，与腹腔镜（二维视觉）相比，因三维视觉可放大10～15倍，使手术精确度大大增加：④设备体积庞大，价格昂贵，另外系统维护与使用成本也很高。

    2.2 Raven Raven是以da Vinci为原型开发的，相对于da Vinci，它结构更加紧凑，体积更加轻巧，最新开发的Raven系统总质量不超过30kg。Raven系统具有2条机械臂1个观察手术现场的摄像头和1个可以进行在线远程手术的机器人手术界面。它允许医生从远程位置操作机器人系统，可以为偏远地区提供更好的专家医疗。整套系统是在Linux系统下开发的，并且完全是开源的，允许用户根据需要白行修改代码，这让它可以很容易地与其他装置相连接，为研究人员进行外科手术的实验和协作创建了一条通路。

    系统特点：①结构轻巧，紧凑，质量轻；②开源的软件平台，更适合远程手术的普及和推广。2.3 Trauma Pod 基于战场环境下伤员救治的特点和无人作战计划的完善，在美国国防部支持下由SRI等多家研究机构开发了应对战场上无人看护环境下的远程手术机器人系统Trauma Pod，整套系统由手术机器人、护士机器人、手术器械更换装置、器具缓存装置、药物分发装置组成，能实现无人看护状态下的远程手术。这是迄今为止最复杂的远程手术系统。

    系统特点：①系统复杂，智能程度高：②成本高，不便推广。

    2.4 BH-7 BH-7机器人具有5个自由度，是北京航空航天大学与海军总医院针对海上远程环境下脑外科手术开发的一套远程系统。为了解决卫星通信延时的问题，系统采用了虚拟手术技术将远程的视频图像与预测的虚拟图像融合在一起，这样增强了系统的安全性和可靠性，同时也在很大程度上降低了延时对系统的影响，针对海上环境下船体的振动、摇摆以及手术环境空间狭小等因素，BH-7机器人在结构设计、误差分析与补偿方面也进行了相关的研究。

    系统特点：①体积小，结构紧凑；②满足一定动态环境下手术的开展；③系统功能单一，只针对脑外科手术中的立体定向手术。

3 展望

    随着相关技术的发展和应用需求的不断扩张，远程手术已不再局限于设备齐全、手术环境理想的医院手术室，复杂环境下远程手术的研究已成为当前研究的热点。这些复杂环境包括海上环境、水下环境、太空环境、战场环境等，对远程手术过程中机器人的设计提出了新的挑战和要求。海上环境下的振动、摇摆要求机器人具有白适应、避碰性高的控制系统；水下环境下的狭小空间、太空环境中的失重和超长延时需要机器人体积更加轻巧及白主手术能力更强、更加智能。为应对复杂环境下缺乏专业医护人员的情况，机器人人机交互效率、手术流程及执行效率也需要进一步的研究和改进。

    理想化的手术机器人还应具备以下特点：①设计人性化，操作平台符合人手力学特点，具有更丰富的感觉反馈；②数据传输实时化，感觉反馈及操作指令消除时差阻滞；③软件支撑智能化，可随时人工介入，并允许麻醉医师进入现场观察患者生命体征：④价格平民化，购置价格、维修费用合理及使用花费在普通民众经济能力承受范围内，便于在世界范围普及推广。