手術機器人大盤點，及未來發展趨勢預見

最新 06-19

機器人技術起源於1920年，當時捷克斯洛伐克作家Karel Capek從「Robota」（捷克語，意思是艱難的工作）和「Robotnik」（波蘭語，意思是工人）中創造了「Robot」一詞。隨後在他1921年的戲劇作品R.U.R（Rossum』s Universal Robots）中，首次把「robot」引進了英語辭彙和科幻小說中。

隨後在1942年，美國科幻小說大師Isaac Asimov提出了機器人三大定律：

第一條：機器人不得傷害人類，或看到人類受到傷害而袖手旁觀。

第二條：機器人必須服從人類的命令，除非這條命令與第一條相矛盾。

第三條：機器人必須保護自己，除非這種保護與以上兩條相矛盾。

機器人三原則理論自提出的半個世紀以來，不斷的被科幻作家和導演使用，Isaac Asimov也因此被稱為「機器人之父」。

如今，在科幻電影中能看見各類機器人的身影，比如像知名的好萊塢大片里的變形金剛、鋼鐵俠、機械公敵、環太平洋、機械姬等，這些都是人們想像中的關於機器人的未來形態。

那現實中的機器人是什麼樣的呢？市面上常見的工業機器人和服務機器人，比較常見的有像KUKA公司推出的工業機器人、rethink robotics公司推出的感知型機器人、Boston Dynamics推出的人形機器人等。

隨著機器人學及相關技術的發展，機器人的應用也開始逐步由工業領域進入到醫療領域，於是醫療機器人技術應運而生。具體來說，醫療機器人可以大致分為手術機器人、康復機器人、護理機器人和救援機器人等。

目前，醫療機器人產業正在處於高速的發展期，在2014年，全球醫療機器人的銷量為1224台，年複合增長率12.2%，其中手術機器人是其中最為成熟的產業，引領著醫療機器人行業發展。手術機器人在2014年的產值為32億美元，預計到2021年將達到200億美元，年均複合增速29.9%。康復機器人在2014年的產值為2.2億美元，預計到2021年將達到32億美元，年均複合增速46.6%。

從以上數據可以看出，手術機器人在醫療機器人里佔據著重要的組成部分，那具體什麼是手術機器人呢？手術機器人之父Taylor RH教授在2003年給出了定義：醫療手術機器人本身只是一個大型手術系統的一部分，該系統用來輔助外科醫生執行手術流程，這些流程可能包括術前規劃、術前和術中的配准、以及使用機器人輔助和人工操縱工具結合的方法來實施手術計劃，並且在術後進行驗證和跟蹤。下圖代表整個手術系統的一個流程圖：

手術機器人的發展歷史可以歸納如下圖：

第一台醫療手術機器人產品叫「NeuroMate」，是美國ISS (Integrated Surgical Systems )公司在1987年推出的，它同時也是第一台通過FDA認證的醫療機器人系統，主要用於腦立體定向手術的導航。

第一台內窺鏡手術機器人產品叫「Zeus」，它是美國Computer Motion公司推出的，在2001年拿到了美國FDA的認證，它在2001年9月7日進行了世界上第一例的跨洋遠程手術，該手術由身在紐約的著名外科學家雅克·馬雷斯科和美國紐約的著名外科醫生米歇爾博士在兩地協同合作，利用宙斯系統完成了對身在法國斯特拉斯堡的68歲女患者的膽囊摘除手術，該手術被命名為「林德伯格手術」，該手術的成功意味著不需要移動任何人的位置，世界上任何一個角落的患者欲得到世界上任何一位頂尖專家親自操作的手術治療的夢想將成為可能。這是遠程手術的一個里程碑，標誌外科手術跨時代的飛躍。

目前最成功的手術機器人產品叫「Da Vince」手術機器人，它是在1995年被推出，於2000年取得FDA認證，截止2016年，達芬奇系統全球累計安裝3754台，全球共完成達芬奇手術300萬例，其中2015年全球共65.2萬例，同比增長14%。達芬奇代表著當今手術機器人最高水平，它主要由三部分構成：醫生控制系統，三維成像視頻影像平台，以及擁有機械臂，攝像臂和手術器械組成移動平台，被廣泛應用於普外科、泌尿科、心血管外科、胸外科、婦科、五官科、小兒外科等科室。

2005年，卡內基梅隆大學聯合哈佛醫學院推出了FLEX（Flexible robot-assisted platform），Flex機器人系統是第一個也是唯一的一個機器人協助的手術平台，它有一個經FDA批准的可彎曲視鏡（flexible scope），可以用於通過口腔進行的手術（transoral procedures）。

第一台骨科手術機器人產品叫RoboDoc，於1992年取得了FDA的認證，RoboDoc機器人採用了四軸直角坐標工業機器人本體，使用患者股骨上插入的鈦金屬定位針來實現機器人與患者骨骼的相對定位，精度達到了0.1mm。ROBODOC主要用於關節置換術中輔助骨骼和假體的成形、定位和植入，可提高全膝（髖）置換手術的質量，截止目前，RoboDoc已執行超過28000例手術。

美國MAKO公司推出的RIO互動式骨科機器人系統，該系統採用基於骨性解剖標誌點的配准方法完成三維配准，用光電跟蹤器完成工具和患者的實時位置追蹤。而該系統的最大特點在於採用一種互動式控制方法和虛擬切割導引技術輔助醫生完成手術，即該系統的機器人並不主動完成骨切削，而是在醫生把持下通過力反饋的方式輔助醫生完成準確的骨骼切削操作。該系統可用於全髖、全膝和單髁置換手術。2013年，MAKO公司被醫療巨頭史塞克公司以16.5億美元收購。

以色列Mazor醫療技術公司研發並推出的SpineAssist系統，是目前唯一可用於脊柱微創手術的機器人產品。該機器人主要為脊柱融合術中的螺釘人工植入過程提供精確的方嚮導引，用於椎弓根螺釘手術和經椎板關節突螺釘固定手術。2016年，器械巨頭美敦力公司收購部分Mazor公司股份。

中國天智航公司研發的天璣手術機器人，是目前國內研發的唯一的一台通過CFDA認證的骨科手術機器人，該骨科機器人能夠輔助醫生精準定位植入物或手術器械，可應用於脊柱外科和創傷骨科。

可以預見未來手術機器人的發展趨勢，將圍繞以下幾個方面：

其一，目前的手術機器人基本只能實現術中的操作，關於術前規劃和術後評估跟蹤的功能難以達成，而未來手術機器人的發展將達成術前術中和術後功能的整合，實現一個閉環的手術系統控制，形成圍手術期；

其二，目前的手術機器人基本都是由醫生來進行操作控制，自動化程度還很低。去年，來自倫敦帝國理工學院楊廣中教授在《Science Robotics》雜誌上發文對醫療機器人的自動化程度進行了分級，從低到高分為0到5級，其中0級代表沒有自動化，5級代表完全自動化，楊教授指出目前醫療機器人還基本處於0-2級這個範圍，自動化程度很低，毫無疑問，未來的手術機器人將更多地提高自動化等級，實現人機協同控制乃至機器人的全自動化控制；

其三，鑒於目前能人工智慧的飛速發展，在未來，手術機器人技術將於人工智慧和數據挖掘相結合，實現自動的診斷與規劃；

其四，未來的手術機器人將朝著更大和更小兩個方向發展，更大例如能實現全功能手術解決方案的手術機器人，更小例如類似分子馬達手術機器人，在尺寸上做到更小。