达芬奇机器人缝制葡萄皮视频走红，精准手术引发广泛关注

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    去年5月，一段达芬奇机器人缝制葡萄皮的视频在网络上疯传。视频显示一颗葡萄在一个小玻璃瓶中接受机器人手术。整个手术过程是由一台名为“达芬奇”的手术机器人完成的。它首先用自己的机械手撕开一颗葡萄的表皮，然后成功缝合了葡萄的“表皮”。葡萄长度不到2.5厘米，非常脆弱。皮肤厚度不到1毫米。 “达芬奇”完成最后一针后，葡萄基本保持完美状态。整个手术过程又快又准，令人惊叹！

    这个视频引发了很多人对达芬奇机器人的兴趣，包括我。我希望有机会见到达芬奇机器人。没想到，机会很快就来了。没想到，今年2月，我因病住进悉尼圣文森特医院（St.），经历了达芬奇机器人手术。负责机器人手术的教授是澳大利亚领先的机器人手术专家。 2006年2月，他进行了澳大利亚首例达芬奇机器人前列腺手术。据称，迄今为止已有1000多名患者接受了他的机器人手术。手术前后，通过医生的讲解、现场参观以及阅读相关资料，我对达芬奇机器人有了初步的了解。

    达芬奇机器人（Da Vinci），准确的说，是达芬奇机器人辅助手术系统。 20世纪90年代，美国直觉外科公司（Gical）将空间控制机械臂技术转化为临床应用，开发出手术机器人。

    众所周知，达芬奇是15世纪文艺复兴时期著名的艺术家。事实上，达芬奇不仅是一位艺术家，他还是一位哲学家和发明家。列奥纳多·达·芬奇对人体解剖学很感兴趣，参与了尸检并绘制了许多非常详细的解剖图。列奥纳多·达·芬奇也对机械和自动化感兴趣。他开发了几个人体模型，其中包括一个机械骑士。达·芬奇于1495年设计了人形机械“莱昂纳多机器人”，是世界上第一个机器人的发明者。因此，美国直觉外科公司将这款新推出的手术机器人命名为“达芬奇”。 2000年6月，该机器人系统获得美国食品药品监督管理局（FDA）批准，成为第一个用于腹腔镜微创手术的自动控制机械系统。

    美国直觉外科公司于1996年推出第一代达芬奇机器人，2006年推出的第二代机器人的机械臂具有更广泛的运动范围，使医生无需离开控制台即可进行多图像观察。第三代机器人于2009年推出，与第二代机器人相比，增加了双控制台、模拟控制器、术中荧光成像技术等功能。 2014年推出第四代机器人，在灵活性、精度、成像清晰度等方面都有质的提升。 2014年下半年，还开发了远程观测引导系统。据悉，达芬奇机器人已经发展到第五代。

    十多年来，不断改进和完善达芬奇系统，使其成为迄今为止世界上最先进、最成功的手术机器人系统。它集三维高清视觉、可旋转手腕手术器械和直观的运动控制于一体。微创技术以其巨大的特点，可以更广泛地应用于复杂的外科手术中。使用机器人，外科医生找到了传统开腹手术和传统腹腔镜手术的替代方案，通过非常小的切口以无与伦比的精度进行最复杂、最精细的手术，将一些复杂的手术简化为微创手术。减少术中出血，减轻患者痛苦，缩短住院时间，缩短康复期。目前，该机器人已广泛应用于泌尿外科、心脏外科、妇科手术、脑外科和小儿外科等领域。

    达芬奇机器人长什么样子？让我们来看看吧。它由三部分组成，即医生主控制台、由机械臂、摄像臂和手术器械组成的移动平台（患者侧推车）以及成像系统。

    图中从左到右分别是主控制台、移动平台和成像系统。

    下面介绍这三个部分的结构和工作原理。

    1、医生主控制台：主控制台根据人体工程学原理设计，一般位于手术室无菌区外。外科医生坐着，用手（通过操作两个主控制器）和脚（通过脚踏板）控制仪器和 3D 高清内窥镜。该系统自然地将医生的眼睛和手延伸到患者身上，将医生的手、手腕和手指的动作准确地转化为手术器械微妙而精确的动作。手术器械的尖端与外科医生的手同步移动。

    医生通过主控台目镜看到的3D显示效果非常逼真，三维效果和层次感非常好，能够获得准确的空间距离。支撑手臂的挡板上有一个小型 LED 显示屏，显示患者、外科医生和手术过程等基本信息。前面是操作杆。您可以将手指放在上面，同时控制两条手臂，进行移动、切割、止血、缝合、打结等各种操作。灵敏度不亚于人手。接下来是下面的脚踏板，左边黑色的控制腹腔镜机械臂的运动。右侧与普通电刀的脚踏板相同，黄色为切割，蓝色为止血。

    达芬奇主控台从计算机专业角度出发，将医生根据系统反馈的内部病变状态和解剖图像制定的手术方案和步骤分析为一系列的系统动作。

   

    2.移动平台，也称为患者侧推车，是一种患者侧机器人系统。

    侧推车有四个机械臂固定在可移动底座上。底座通过线缆和高可靠性航空插头与控制台连接。中央机械臂是持镜臂，负责固定摄像头系统。其余机械臂为握持臂，负责握持特殊手术器械。整个手臂系统依靠具有自锁功能的脚轮来支持手动移动。它配备了助力装置，在没有外接电源的情况下仍可提供约5分钟的电力支持。每个机械臂都有一系列与外壳连接的多位置关节和可旋转端关节，这使得安装时易于定位，并确保能够满足手术所需的运动空间。手动定位机械臂时，需要使用控制开关来放松所有关节。当您松开此开关时，机械臂将重新锁定在当前位置。每个臂上都有一个单独的钥匙，用作末端可旋转接头的离合器，可以快速更换。微型仪器的关节由连接到其末端四个轮子的电路系统控制。后端采用四个小轮，将电机的运动传递到钢丝上，从而驱动各个关节的运动。位置刷新率接近，因此可以有效消除机械颤振。微型仪器尖端通过独特的机械设计实现了6个自由度，并且可以通过可移动仪器本身提供第7个自由度（例如切割或抓握）。该仪器可重新消毒。

    机械臂围绕固定枢轴点移动，手术系统的安全检查可防止器械或机械臂发生任何独立移动。外科医生控制该仪器，该仪器设计有七个动作，使其运动范围比人类手腕更广。每个仪器工具都是为特定任务而设计的，例如人体组织的夹紧、切割、凝固、解剖、缝合和相关操作。机械臂是该系统的核心部件。它看起来非常像腹腔镜器械。一般具有持针器、抓钳、剪刀等不同的臂，其位置可以互换。与腹腔镜器械不同的是，每条手臂都有许多小关节。腕式器械的弯曲和旋转程度远远超出人手，可以完成人手有时无法完成的各种复杂动作。

    这是机器人的手术器械（），使用时插入患者侧机器人。机械臂是一种高值易耗品，在使用过程中临时安装在机器人上。该设备上安装有存储芯片。每插入机器人一次，芯片就会计数+1。 10次​​后，机器人将无法再使用该设备。这样设计的目的一是为了让公司赚到耗材的钱，二是避免仪器内部出现结构故障，造成手术风险。

    这是达芬奇机器人最牛逼的功能。首先是手术器械末端有3+1个自由度，再加上3个位置自由度，完全保证了器械末端腹腔内（空间上）6个自由度的运动。有6个自由度）；二是直观控制，这也是公司名称的由来。这种直观的控制避免了普通腹腔镜手术的逆向操作，大大提高了医生的能力和速度。

    医疗助理工作在床边机械臂系统旁边，负责更换器械和内窥镜，协助外科医生完成手术。为了保证患者安全，助理医生对床边机械臂系统的运动具有比外科医生更高的优先控制权。

    3、成像系统：成像系统（）主要由三维内窥镜、摄像头和处理器、观察系统组成，分别位于镜臂、成像系统和控制台上。它包含手术机器人的核心处理器和图像处理设备。手术机器人的内窥镜是高分辨率三维（3D）镜头，手术视野放大10倍以上。它可以为外科医生提供患者体腔的三维高清图像，让外科医生真正清晰地感知和理解。仔细观察手术部位的解剖结构，把握手术距离，准确避开手术区域的血管和神经，将手术者的手部动作转化为患者体内微小器械更小、更精准的动作，最大限度地保留患者。器官和组织的生理功能。

    成像系统中放置的两个三芯片摄像头可以产生两幅高清、色彩还原度高的高质量图像，并分别输出到控制台中的两个手术操作监视器。通过三维图像观察器，将两幅略有视差的图像分别发送到操作者的左眼和右眼，从而形成高质量的三维图像。内窥镜照明采用高质量冷光源来优化光亮度。操作者可以通过调整相机的深度和角度来获得所需的观察面积和放大倍率。此外，成像系统还配备了外部观察监视器、二氧化碳充气机、光源和摄像头。外部监视器的信号来自两个摄像头之一，代表左眼或右眼视觉。该成像系统还包括两个图像同步器和一个聚焦控制器，以实现可控的高质量三维图像。

    达芬奇手术机器人代表了当今手术机器人的最高水平。它拥有三项关键核心技术：自由活动的手臂手腕、3D高清成像技术和主控台人机交互设计。其中，机械臂的手腕采用了可提供7个自由度的技术，可以完成人手无法完成的动作，触及范围更广。该系统具有振动消除系统和运动校准系统，以确保机械臂在狭窄的手术视野内精确操作。此外，机械臂还可以完成一些人手无法完成的极其精细的动作，手术切口也可以做得很小，从而缩短患者术后的恢复时间。同时，还可以提高手术效率，节省成本。

    有人担心达芬奇机器人手术时会不会出现问题，导致手术失败？

    事实证明，这种担忧是不必要的。达芬奇机器人可以提供广阔的视野和精确灵活的控制能力。它可以清晰地显示组织器官的解剖结构和神经血管束的走向。精细分离有利于淋巴结清扫，精确缝合保证高质量吻合。 ，确保手眼协调。高分辨率立体腔镜提供放大10-15倍的高清三维图像，减少误差发生率。该机器人的机械臂可以完全模仿人类手腕的动作。专门设计的运动模式保证医生的手部动作与机械臂的运动一致，并滤除手部抖动，提供人手无法比拟的稳定性和准确性。它的运动范围远大于人手，可以在狭窄的解剖区域内360度自由移动，比人手更加灵活。这样既可以保证操作的安全性，又可以提高操作的准确性。

   

    达芬奇机器人不仅仅是解放医生的双手。当遇到某些特殊条件时，达芬奇机器人甚至可以比人类更进一步。例如，传统腹腔镜手术最困难的环节是缝合和打结。达芬奇机器人可以比人类做得更好，甚至以前从未做过腹腔镜手术的医生也可以进行。

    同时，达芬奇手术机器人可以减轻操作者的工作强度，减轻操作者的疲劳，防止操作者的手颤抖，使操作者更加集中注意力，使手术更加完美。

    对于患者来说，达芬奇手术的优势是显而易见的。可以显着减少术后并发症、损伤和失血量，加快康复速度，缩短住院时间，显着提高手术效果和美观度。对于一些老年患者和高危患者来说，通过机器人手术可以避免放疗带来的创伤。

    达芬奇机器人的控制台通常与患者保持一定距离。因此，从技术上讲，该系统可以让医生进行远程手术。 2001年，医生和IRCAD团队利用先进的异步传输模式（ATM）和宙斯远程机械手（Zeus），结合高速光纤连接，在法国斯特拉斯堡、美国纽约成功进行了手术。这是第一次跨大西洋手术，被认为是全球远程手术的里程碑。

    所有进行达芬奇手术的医生都必须经过严格的培训和认证。医生必须对机器人的硬件和软件系统有透彻的了解。经过线上培训、线下动物实验、考试取得证书等一系列流程后，即可获得临床操作资格。

    不仅医生需要学习，患者也需要术前教育和咨询。手术前一个多月，医院给了我厚厚一叠资料和几张光盘，让我花时间仔细阅读和观看。教授和他的助手还安排了时间给我当面讲解和指导，告诉我达芬奇机器人手术的特点、手术方案和流程以及需要我配合的相关事宜。比如，手术时会在我的腹部打六个小孔，然后将机械臂上的相关管件插入我的体内；会给我消毒剂。手术前一天和去医院的那天，我必须照顾好自己。对区域进行清洁和消毒；学会穿专用丝袜，预防静脉血栓等。

    进入手术室后，医务助理首先核对了我的基本信息（姓名、出生日期、疾病类型等），避免出现错误，然后进行了必要的消毒和注射。在进行麻醉之前，教授来到我身边并与我进行了简短的交谈以鼓励我。他走后，我在麻醉的作用下渐渐失去了知觉。 2个多小时后，我醒了。两名护士守在我身边，问我怎么了，是否感到疼痛。我感觉很好，基本上没有疼痛。手术后不需要家人陪伴，第二天早上就可以下床洗澡、吃饭。第三天，他们就出院了（部分患者24小时内即可出院）。

    从传统外科手术到机器人手术，人类已经走过了近三个世纪。 1880年代，维也纳的外科医生首次打开病人的腹腔，进行了第一例外科手术。这种传统的外科手术被称为第一代外科手术，至今仍在使用。 20世纪80年代，以腹腔镜胆囊切除术为标志的微创外科手术取得突破性进展，在多个领域取代了传统外科手术，被称为第二代外科手术。进入21世纪，手术机器人得到发展并迅速投入临床应用。它被认为是外科发展史上的一场革命，预示着第三代外科时代的到来。

    达芬奇机器人系统推出后不久，就大受欢迎。许多国家都在争先恐后地引进该系统。据初步统计，截至2016年9月30日，全球共有3803家医疗机构引入了该系统。其中：美国2501台、欧洲644台、亚洲476台（其中：日本230台、中国大陆59台、中国台湾30余台）。达芬奇系统为全球超过300万患者带来了精密的微创手术。

    中国大陆第一台达芬奇手术机器人于2006年由中国人民解放军301医院引进。经过10多年的发展，国内已有40多家医院采购了达芬奇手术机器人，累计完成近3万例手术。可以预见的是，有了达芬奇手术机