長久以來，醫(yī)生和患者在同一現(xiàn)場是進行診斷與實施手術(shù)的先決條件，正因如此許多地區(qū)由于交通不便，患者不能及時得到治療而失去了最佳的治療機會。在戰(zhàn)場上受傷的戰(zhàn)士由于搶救不及時導致死亡的更是數(shù)不勝數(shù)。這些痛苦的經(jīng)歷和血的教訓使人們在積極尋求補救措施，隨之產(chǎn)生了遠程手術(shù)的構(gòu)想，隨著機器人技術(shù)和醫(yī)療技術(shù)的不斷發(fā)展，遠程手術(shù)也隨之不斷推進和完善。

據(jù)羿戓信息所了解，遠程手術(shù)是指醫(yī)生與患者分別處于不同的地理位置，遠程醫(yī)生借助于視頻、音頻、圖像、力覺等臨場感的裝備與技術(shù)參與開展手術(shù)的過程。一般把患者所在的位置稱為患者端，把遠程醫(yī)生所在的位置稱為醫(yī)生端。從實時性與同步性角度可將遠程手術(shù)分為3類，即離線方式、遠程監(jiān)控方式、交互方式。離線方式指醫(yī)生端和患者端不同時發(fā)生通信交流，醫(yī)生端接收由患者端發(fā)送的患者信息，然后醫(yī)生對這些信息進行診斷，最后將診斷結(jié)果發(fā)回患者端，由在患者端的醫(yī)生根據(jù)診斷結(jié)果開展手術(shù)。遠程監(jiān)控方式下醫(yī)生端實時監(jiān)測患者手術(shù)過程信息，并對手術(shù)過程給予指導和建議。交互方式需要醫(yī)生端和患者端建立實時可靠的通信連接，醫(yī)生端的醫(yī)生借助力覺交互設備、操縱桿控制患者端的機器人執(zhí)行手術(shù)指令開展手術(shù)。

1、機器人遠程手術(shù)的發(fā)展及應用

1995年，由美國斯坦福國際咨詢研究所(StanfordResearchInstituteInternational，SRI)開發(fā)了世界上第1個機器人遠程手術(shù)原型（圖1），當時主要針對的是開放性手術(shù)。2001年9月7日，在美國紐約和法國斯特拉斯堡之間實施了世界上第1例微創(chuàng)遠程機器人輔助手術(shù)，兩地相距7000km多。手術(shù)使用了由ComputerMotion公司開發(fā)的宙斯(Zeus)機器人系統(tǒng)（圖2a），接受手術(shù)的患者位于法國斯特拉斯堡，是1名68歲的膽結(jié)石患者，而外科醫(yī)生位于美國紐約，最后手術(shù)獲得了很大的成功，白此遠程手術(shù)開始快速發(fā)展。

圖1宙斯(Zeus)外科機器人

由1999年成立的IntuitiveSurgical公司，借助于SRI在醫(yī)療機器人方面的積累開發(fā)了具有遠程功能的達芬奇(daVinci)機器人（圖2b），能開展泌尿、耳鼻喉、腹部、胸腔等遠程微創(chuàng)手術(shù)，屬于通用型的醫(yī)療機器人，并于2000年獲得美國食品和藥品管理局許可。

在daVinci系統(tǒng)的基礎上，在美國國防部支持下由SRI等多家研究機構(gòu)開發(fā)了應對戰(zhàn)場上無人看護環(huán)境下的遠程手術(shù)機器人系統(tǒng)TraumaPod(圖2e)，整套系統(tǒng)由手術(shù)機器人、護士機器人、手術(shù)器械更換裝置、器具緩存裝置、藥物分發(fā)裝置組成，能實現(xiàn)無人看護狀態(tài)下的遠程手術(shù)，預計2015年投入使用。

從2004年開始，在美國國家航空航天局(NationalAeronauticsandSpaceAdministration，NASA)復雜環(huán)境任務組(NASAExtremeEnvironentMissionOperations，NEEMO)的引導下開展了一系列的遠程手術(shù)實驗。第7次NEEMO項目在美國寶宮瓶實驗室開展，它是世界唯一一個永久性的海底實驗室。手術(shù)采用ComputerMotion公司開發(fā)的AESOP機器人，機器人由位于距離2500km的加拿大醫(yī)生控制，機器人端有4名人員（1名具有手術(shù)經(jīng)驗的外科醫(yī)生，1名內(nèi)科醫(yī)生沒有手術(shù)經(jīng)驗，另外2名是潛水員沒有任何醫(yī)療經(jīng)驗），進行超聲波檢查，超聲波引導腫瘤囊液吸取、血管修復、腎結(jié)石的移除、膽囊切除手術(shù)過程。第9次NEEMO項目的開展選用由SRI開發(fā)的M7機器人（圖2d），實驗人員不要臨時組裝與配置機器人并進行實時的腹腔模擬手術(shù)，在整個手術(shù)中由微波衛(wèi)星建立通信連接，手術(shù)延時達到3s以模擬地球與月球之間的通信。機器人端由4名宇航員輔助遠程醫(yī)生開展手術(shù)，進行了重大傷病診斷與骨折外科手術(shù)操作。第12次NEEMO項目進行的遠程手術(shù)由M7機器人和由華盛頓大學等機構(gòu)開發(fā)的RavenI（圖2c）執(zhí)行，M7機器人在此次實驗中完成了首次紅外線引導的縫合操作。

白RavenI之后，加州大學圣克魯茲分校與華盛頓大學開發(fā)了7套RavenⅡ系統(tǒng)，這7套系統(tǒng)具有開放的軟件平臺和統(tǒng)一的硬件配置。這些系統(tǒng)將分別裝備于美國一些著名的醫(yī)療機器人研究機構(gòu)，如哈佛大學、霍普金斯大學、加州大學伯克利分校等，旨在研究統(tǒng)一軟硬件平臺下的機器人遠程手術(shù)，所有軟件的開發(fā)將采用開源的方式進行。此項目的開展將極大地推進醫(yī)療機器人的研究進展。最近加州大學圣克魯茲分校開發(fā)了RavenⅣ機器人，它有4個機械臂和2套攝像頭組成，可由不同地方的2名醫(yī)生合作完成遠程手術(shù)。

圖2具有遠程功能的機器人系統(tǒng)

隨著國外遠程手術(shù)機器人的發(fā)展，國內(nèi)也開展了一系列遠程手術(shù)的研究。2003年9月，基于北航設計開發(fā)的黎元BH-600醫(yī)療機器人和機器人遙操作系統(tǒng)，遠程立體定向腦外科手術(shù)在北京和沈陽之間進行，主治醫(yī)師在北京而患者在沈陽，患者為1名因腦出血壓迫神經(jīng)而偏癱失語的中年男性，手術(shù)進行了50min，術(shù)后患者偏癱失語癥立即消失，這也是國內(nèi)第1例遠程手術(shù)。2012年12月，由北京航空航天大學和海軍總醫(yī)院合作開發(fā)的BH-7機器人系統(tǒng)（圖3）完成了我國首次海上遠程手術(shù)；手術(shù)過程中，醫(yī)生位于北京的海軍總醫(yī)院遠程中心，患者位于太平洋某海域的醫(yī)院船上，手術(shù)通過衛(wèi)星通信建立通信連接，最后手術(shù)獲得成功。

圖3BH-7機器人系統(tǒng)

2、各主要遠程手術(shù)機器人的特點

2.1daVincidaVinci機器人手術(shù)系統(tǒng)主要由醫(yī)生控制臺、1個裝有4支7個自由度交互手臂的床旁機械臂塔和1個高精度的3D高清視覺系統(tǒng)構(gòu)成。借助于高清立體成像、多關(guān)節(jié)臂自動化控制及光纜信號傳送等高科技設備，使其具備了三維高清術(shù)野、手臂無抖動、鏡頭固定、活動范圍廣、器械移動度大等優(yōu)點，并且改變了術(shù)者站在手術(shù)臺旁操作的傳統(tǒng)模式，由主刀醫(yī)師坐在控制臺前完成手術(shù)全過程。

系統(tǒng)特點：①仿真手腕，人手的全部動作被實時轉(zhuǎn)化為精確的機械手動作，可運用開放式手術(shù)中使用的任何技巧；②三維立體圖像，采用雙鏡頭三晶片數(shù)碼攝像系統(tǒng)，是唯一具有真正三維景深和高分辨率的系統(tǒng)；③手術(shù)操作更精確，與腹腔鏡（二維視覺）相比，因三維視覺可放大10～15倍，使手術(shù)精確度大大增加：④設備體積龐大，價格昂貴，另外系統(tǒng)維護與使用成本也很高。

2.2RavenRaven是以daVinci為原型開發(fā)的，相對于daVinci，它結(jié)構(gòu)更加緊湊，體積更加輕巧，最新開發(fā)的Raven系統(tǒng)總質(zhì)量不超過30kg。Raven系統(tǒng)具有2條機械臂1個觀察手術(shù)現(xiàn)場的攝像頭和1個可以進行在線遠程手術(shù)的機器人手術(shù)界面。它允許醫(yī)生從遠程位置操作機器人系統(tǒng)，可以為偏遠地區(qū)提供更好的專家醫(yī)療。整套系統(tǒng)是在Linux系統(tǒng)下開發(fā)的，并且完全是開源的，允許用戶根據(jù)需要白行修改代碼，這讓它可以很容易地與其他裝置相連接，為研究人員進行外科手術(shù)的實驗和協(xié)作創(chuàng)建了一條通路。

系統(tǒng)特點：①結(jié)構(gòu)輕巧，緊湊，質(zhì)量輕；②開源的軟件平臺，更適合遠程手術(shù)的普及和推廣。2.3TraumaPod基于戰(zhàn)場環(huán)境下傷員救治的特點和無人作戰(zhàn)計劃的完善，在美國國防部支持下由SRI等多家研究機構(gòu)開發(fā)了應對戰(zhàn)場上無人看護環(huán)境下的遠程手術(shù)機器人系統(tǒng)TraumaPod，整套系統(tǒng)由手術(shù)機器人、護士機器人、手術(shù)器械更換裝置、器具緩存裝置、藥物分發(fā)裝置組成，能實現(xiàn)無人看護狀態(tài)下的遠程手術(shù)。這是迄今為止最復雜的遠程手術(shù)系統(tǒng)。

系統(tǒng)特點：①系統(tǒng)復雜，智能程度高：②成本高，不便推廣。

2.4BH-7BH-7機器人具有5個自由度，是北京航空航天大學與海軍總醫(yī)院針對海上遠程環(huán)境下腦外科手術(shù)開發(fā)的一套遠程系統(tǒng)。為了解決衛(wèi)星通信延時的問題，系統(tǒng)采用了虛擬手術(shù)技術(shù)將遠程的視頻圖像與預測的虛擬圖像融合在一起，這樣增強了系統(tǒng)的安全性和可靠性，同時也在很大程度上降低了延時對系統(tǒng)的影響，針對海上環(huán)境下船體的振動、搖擺以及手術(shù)環(huán)境空間狹小等因素，BH-7機器人在結(jié)構(gòu)設計、誤差分析與補償方面也進行了相關(guān)的研究。

系統(tǒng)特點：①體積小，結(jié)構(gòu)緊湊；②滿足一定動態(tài)環(huán)境下手術(shù)的開展；③系統(tǒng)功能單一，只針對腦外科手術(shù)中的立體定向手術(shù)。

3、展望

隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和應用需求的不斷擴張，遠程手術(shù)已不再局限于設備齊全、手術(shù)環(huán)境理想的醫(yī)院手術(shù)室，復雜環(huán)境下遠程手術(shù)的研究已成為當前研究的熱點。這些復雜環(huán)境包括海上環(huán)境、水下環(huán)境、太空環(huán)境、戰(zhàn)場環(huán)境等，對遠程手術(shù)過程中機器人的設計提出了新的挑戰(zhàn)和要求。海上環(huán)境下的振動、搖擺要求機器人具有白適應、避碰性高的控制系統(tǒng)；水下環(huán)境下的狹小空間、太空環(huán)境中的失重和超長延時需要機器人體積更加輕巧及白主手術(shù)能力更強、更加智能。為應對復雜環(huán)境下缺乏專業(yè)醫(yī)護人員的情況，機器人人機交互效率、手術(shù)流程及執(zhí)行效率也需要進一步的研究和改進。

理想化的手術(shù)機器人還應具備以下特點：①設計人性化，操作平臺符合人手力學特點，具有更豐富的感覺反饋；②數(shù)據(jù)傳輸實時化，感覺反饋及操作指令消除時差阻滯；③軟件支撐智能化，可隨時人工介入，并允許麻醉醫(yī)師進入現(xiàn)場觀察患者生命體征：④價格平民化，購置價格、維修費用合理及使用花費在普通民眾經(jīng)濟能力承受范圍內(nèi)，便于在世界范圍普及推廣。

聲明：本文為轉(zhuǎn)載類文章，如涉及版權(quán)問題，請及時聯(lián)系我們刪除（QQ:2737591964），不便之處，敬請諒解！