与上述大家所熟知的各种微创技术相比，机器人手术系统尚处于初步发展阶段，距离临床广泛应用还有待时日。然而，随着科技的进步，作为未来外科的发展方向，那些曾经也许只能在科幻小说和漫画中提及的技术必将在现实中造福于患者。下面就简单介绍一下机器人（robot）手术系统。

robot一词泛指一系列执行特殊任务的电子机械设备。相关的机械人工业最近把机器人定义为“可编程序，用来搬运原材料、零件、工具或者通过设计各种编程动作来完成任务的多功能机械手。”

图1-3　经自然孔道内镜外科手术

机器人手术系统可根据机器人自动化程度进行分类。第一类是全自动手术机器人，不需要外科医师制定术前计划，手术操作是典型集中或者重复，它需要的是人类所不能及的准确性；第二类机器人是外科医师操作的辅助设备，也就是机器人和外科医师共同控制；最后一类机器人是所有的功能都很明确的由外科医师控制，电子控制器跟踪外科医师手的运动操作，然后机械手终端完全按照这个运动进行，因为控制面板和机械手不是连在一起，所以这些系统也被称为遥控机器人。

（一）全自动操作系统

1．ROBODOC ROBODOC系统是第一个被美国食品和药品管理局（FDA）认证通过的手术机器人。1986年开始研制的ROBODOC系统目的是为了减少全髋置换手术中可能存在的人为损害。在手术中使用的股骨假体最初是用骨水泥黏合而成的，然而长期数据表明，骨水泥容易碎裂和松动或者溶骨，这将导致植入手术的失败。新的非骨水泥假体金属表面有许多微孔，骨质能够自然长入达到固定，这种长入型假体就需要与骨头表面紧密接触，因此假体植入的长期成功需要二者紧密接触。

ROBODOC在两个方面优于人工操作。首先，临床实验证明机器人扩股骨髓腔比人工做的更为吻合；其次，机器人利用术前CT来判断扩髓程度，为每个病人选择最合适大小的内植物并进行置换。

2．射波刀（cyberknife）　这套系统是1994年研制的，使用无创的治疗光束，对颅脑肿瘤进行精确的放疗。它与传统的有框放疗有三个基本不同点。首先，治疗光束的目标定位参考点是根据影像学颅内解剖特征或者基准的内植物来确定，而不是传统的金属立体定位框架；其次，实时影像学反馈有关病人位置、肿瘤位置和病人呼吸运动的情况，同步呼吸跟踪肿瘤；最后，治疗光束可以单独瞄准而不需固定的等量点，病人体位改变可以通过系统自动调整治疗光束来补偿。

一旦治疗计划格式化后，Cyberknife系统就是全自动的，它执行任务从头到尾不需要人的输入。虽然有随从医师监测治疗过程，但计算机很少需要人来干预。

自1994年来，全球约118家医疗单位使用这种治癌新设备，累计接受治疗的患者超过4万例。研究测量剂量模型显示，与传统的金属立体定位框架放射相比，该系统对靶点精确度高，误差范围在1 mm以下。

（二）外科辅助设备

目前应用的第二类机器人手术系统属于外科辅助设备。例如，机器人辅助膝关节置换术系统。外科医师持低阻切割机械手，对膝关节进行切割以适应假体需要。机器人监视外科医师的活动，并允许其在大致的切割区活动，对不该切的骨头区域提供阻力保护。这种系统允许外科医师利用其感觉和判断监视和控制机器人，同时它提供积极的抑制增加了切割的安全和准确。

这类系统最常用的是最佳位置全自动内镜系统（automated endoscopic system for optimal positioning，AESOP；computer motion，inc，goleta，CA）。实际上AESOP是语音激活机器人把持和操作内镜。它允许外科医师和机械手有一定范围接触，它可以去除内在的移动，通过摄像头提供稳定的图像，然后医师就能语音命令重调摄像头位置。另外，医师重设摄像头的位置功能，使其能够很快更换不同手术区位置图像。现在AESOP已经应用到许多科室，包括普通外科、妇产科、心胸外科和泌尿外科等。

到目前为止，已经有研究从手术时间和手术效果方面对AESOP这样的外科机器人辅助系统进行评价。总的来说这些研究得出的结论是摄像头辅助操作系统没有明显改变手术时间、病人的住院时间及手术的死亡率，但其主观感觉上减少了腹腔镜的不经意运动。另外，研究还得出结论，这种系统不需要助手来把持腹腔镜，在某些病人中可以做到术者单独操作。(www.daowen.com)

（三）遥控机器人

在实际手术过程中，当前商业上可供使用的系统只有两种：Intuitive Surgical公司的达·芬奇系统（Da Vinci）和Computer Motion公司的宙斯系统（Zeus）。

达·芬奇系统和宙斯系统计算技术的整合有助于解决更多微创外科的限制。通过扫描外科医师手部的动作，信息传输到设备上从而产生相同方向的移动。非直视状态下的设备控制是相反方向的，因此系统在校正的同时也保存了微创外科的非侵入本质。

由于有计算机控制系统存在，其能够滤除手部内在的抖动，设备的终端比没有辅助的手更为平稳。另外，该系统可以改变外科医师手传输到设备终端的运动尺度。比如3∶1，即外科医师的手移动3 cm而设备的终端仅移动1 cm。和从内镜视屏放大的图像相比，比例运动具有更精细的运动，而且更容易和准确。

1．达·芬奇系统（图1-4）　有两大部件组成。第一部分是外科医师控制台，提供了外科视觉显示系统和医师控制柄、操作按钮界面、电子控制装置。第二部分是病人监护车，有两手臂控制操作设备，一手臂控制视屏内镜。

术者坐在离手术台约10 m远的外科医师控制台上。控制台上设置有控制手柄，控制手柄作为一种高分辨率的输入装置可以辨别出位置、方向和自术者指尖的抓握指令。它也可以充当一种触摸显示屏，可以传递术者手指的不同力度和综合压力信号。这种控制系统也允许进行计算机增强，可以进行运动测量和震动复位。

自从1995年开始应用以来，达·芬奇系统在欧洲已经逐渐被外科医师接受；在美国，这套系统已经应用于普外科、胸外科和泌尿外科等常规手术。而且，达·芬奇系统已经获得了FDA对于其作为心脏外科中心切开术的认证。如今，很多学科的外科术式已经应用了达·芬奇系统。

图1-4　最新一代的达·芬奇Si HD System系统

达·芬奇外科手术机器人系统已经在30多个国家和地区得到使用并造福患者，截至2008年第一季度，全球已安装了850多台，其中美国有600台；全球拥有该系统的医院超过400家。值得关注的是，其中中国的大陆和香港地区已经安装了5台该系统。中国人民解放军总医院（301医院）作为首家在中国大陆地区使用达·芬奇外科手术机器人系统的用户，已成功开展了近120例心脏、泌尿外科手术，并创立了全国首家微创机器人心脏外科中心。2009年5月11日，上海市胸科医院为一个39岁的肺癌女病人顺利进行了右肺上叶切除术（图1-5），同时清扫了8组淋巴结。这是达·芬奇系统首次走进上海医院的手术室，也是首次在中国完成的肺切除手术。

2．宙斯系统 是基于AESOP系统的基础上产生的，它同样也是一个远程遥控操作系统，由控制台和3个机械臂组成。左右两个机械臂替代了手术医师的手臂，第三个机械臂就是AESOP系统。术者从离操作面板几米外的地方通过手柄来进行操作。在此种位置下，医师操纵手柄来控制两个机械臂和外科器械，脚踏通过计算机来调节机器的运动系统，而声音指令可以引导通过AESOP臂来控制的摄像头的移动。像达·芬奇系统一样，宙斯系统也可以提供震动复位和运动测量。

宙斯系统是由3个模块组成的，其独立式的机械臂是与操作面板相连的。这种设计允许系统组合成许多不同的结构。宙斯系统还有特征性的工具，其中的几种可以通过宙斯系统微型肘节（MicroWrist form-fitting hand）来提高咬合关系。这种咬合可以为仪器提供额外的肘节活动度，额外增加5°的自由度。宙斯系统也具有适应不同视觉选择（3D或2D）和广度范围的能力，能大体上与不同厂家的各种仪器兼容。

宙斯系统在欧洲已经得到欧洲统一（CE）认证，正逐渐被外科医师所接受。在美国，宙斯系统已经通过了FDA腹腔镜检查方面的认证，且正在接受胸腔和心脏常规手术的临床试验。