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)。這些痛苦的經歷和血的教訓使人們在積極尋求補救措施，隨之產生了遠程手術的構想，隨著機器人技術和醫(yī)療技術的不斷發(fā)展，遠程手術也隨之不斷推進和完善。

據羿戓信息所了解，遠程手術是指醫(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參與開展手術的過程。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，最后將診斷結果發(fā)回患者端，由在患者端的醫(yī)生根據診斷結果開展手術。遠程監(jiān)控方式下醫(yī)生端實時監(jiān)測患者手術過程信息，并對手術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)行手術指令開展手術。

1、機器人遠程手術的發(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個機器人遠程手術原型（圖1），當時主要針對的是開放性手術。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，兩地相距7000km多。手術使用了由ComputerMotion公司開發(fā)的宙斯(Zeus)機器人系統(tǒng)（圖2a），接受手術的患者位于法國斯特拉斯堡，是1名68歲的膽結石患者，而外科醫(yī)生位于美國紐約，最后手術獲得了很大的成功，白此遠程手術開始快速發(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，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等多家研究機構開發(fā)了應對戰(zhàn)場上無人看護環(huán)境下的遠程手術機器人系統(tǒng)TraumaPod(圖2e)，整套系統(tǒng)由手術機器人、護士機器人、手術器械更換裝置、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，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名具有手術經驗的外科醫(yī)生，1名內科醫(yī)生沒有手術經驗，另外2名是潛水員沒有任何醫(yī)療經驗），進行超聲波檢查，超聲波引導腫瘤囊液吸取、血管修復、腎結石的移除、膽囊切除手術過程。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，在整個手術中由微波衛(wèi)星建立通信連接，手術延時達到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，進行了重大傷病診斷與骨折外科手術操作。第12次NEEMO項目進行的遠程手術由M7機器人和由華盛頓大學等機構開發(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，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，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。

圖2具有遠程功能的機器人系統(tǒng)

隨著國外遠程手術機器人的發(fā)展，國內也開展了一系列遠程手術的研究。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而偏癱失語的中年男性，手術進行了50min，術后患者偏癱失語癥立即消失，這也是國內第1例遠程手術。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；手術過程中，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，手術通過衛(wèi)星通信建立通信連接，最后手術獲得成功。

圖3BH-7機器人系統(tǒng)

2、各主要遠程手術機器人的特點

2.1daVincidaVinci機器人手術系統(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)構成。借助于高清立體成像、多關節(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，并且改變了術者站在手術臺旁操作的傳統(tǒng)模式，由主刀醫(yī)師坐在控制臺前完成手術全過程。

系統(tǒng)特點：①仿真手腕，人手的全部動作被實時轉化為精確的機械手動作，可運用開放式手術中使用的任何技巧；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，它結構更加緊湊，體積更加輕巧，最新開發(fā)的Raven系統(tǒng)總質量不超過30kg。Raven系統(tǒng)具有2條機械臂1個觀察手術現(xiàn)場的攝像頭和1個可以進行在線遠程手術的機器人手術界面。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的實驗和協(xié)作創(chuàng)建了一條通路。

系統(tǒng)特點：①結構輕巧，緊湊，質量輕；②開源的軟件平臺，更適合遠程手術的普及和推廣。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等多家研究機構開發(fā)了應對戰(zhàn)場上無人看護環(huán)境下的遠程手術機器人系統(tǒng)TraumaPod，整套系統(tǒng)由手術機器人、護士機器人、手術器械更換裝置、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。這是迄今為止最復雜的遠程手術系統(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)采用了虛擬手術技術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、搖擺以及手術環(huán)境空間狹小等因素，BH-7機器人在結構設計、誤差分析與補償方面也進行了相關的研究。

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

3、展望

隨著相關技術的發(fā)展和應用需求的不斷擴張，遠程手術已不再局限于設備齊全、手術環(huán)境理想的醫(yī)院手術室，復雜環(huán)境下遠程手術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濟能力承受范圍內，便于在世界范圍普及推廣。

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