長(zhǎng)久以來(lái)，醫(yī)生和患者在同一現(xiàn)場(chǎng)是進(jìn)行診斷與實(shí)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(shí)得到治療而失去了最佳的治療機(jī)會(huì)。在戰(zhàn)場(chǎng)上受傷的戰(zhàn)士由于搶救不及時(shí)導(dǎo)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(xùn)使人們?cè)诜e極尋求補(bǔ)救措施，隨之產(chǎn)生了遠(yuǎn)程手術(shù)的構(gòu)想，隨著機(jī)器人技術(shù)和醫(yī)療技術(shù)的不斷發(fā)展，遠(yuǎn)程手術(shù)也隨之不斷推進(jìn)和完善。

據(jù)羿戓信息所了解，遠(yuǎn)程手術(shù)是指醫(yī)生與患者分別處于不同的地理位置，遠(yuǎn)程醫(yī)生借助于視頻、音頻、圖像、力覺(jué)等臨場(chǎng)感的裝備與技術(shù)參與開(kāi)展手術(shù)的過(guò)程。一般把患者所在的位置稱為患者端，把遠(yuǎn)程醫(yī)生所在的位置稱為醫(yī)生端。從實(shí)時(shí)性與同步性角度可將遠(yuǎn)程手術(shù)分為3類，即離線方式、遠(yuǎn)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(shí)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(duì)這些信息進(jìn)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(kāi)展手術(shù)。遠(yuǎn)程監(jiān)控方式下醫(yī)生端實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)患者手術(shù)過(guò)程信息，并對(duì)手術(shù)過(guò)程給予指導(dǎo)和建議。交互方式需要醫(yī)生端和患者端建立實(shí)時(shí)可靠的通信連接，醫(yī)生端的醫(yī)生借助力覺(jué)交互設(shè)備、操縱桿控制患者端的機(jī)器人執(zhí)行手術(shù)指令開(kāi)展手術(shù)。

1、機(jī)器人遠(yuǎn)程手術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用

1995年，由美國(guó)斯坦福國(guó)際咨詢研究所(StanfordResearchInstituteInternational，SRI)開(kāi)發(fā)了世界上第1個(gè)機(jī)器人遠(yuǎn)程手術(shù)原型（圖1），當(dāng)時(shí)主要針對(duì)的是開(kāi)放性手術(shù)。2001年9月7日，在美國(guó)紐約和法國(guó)斯特拉斯堡之間實(shí)施了世界上第1例微創(chuàng)遠(yuǎn)程機(jī)器人輔助手術(shù)，兩地相距7000km多。手術(shù)使用了由ComputerMotion公司開(kāi)發(fā)的宙斯(Zeus)機(jī)器人系統(tǒng)（圖2a），接受手術(shù)的患者位于法國(guó)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(guó)紐約，最后手術(shù)獲得了很大的成功，白此遠(yuǎn)程手術(shù)開(kāi)始快速發(fā)展。

圖1宙斯(Zeus)外科機(jī)器人

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

在daVinci系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，在美國(guó)國(guó)防部支持下由SRI等多家研究機(jī)構(gòu)開(kāi)發(fā)了應(yīng)對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)上無(wú)人看護(hù)環(huán)境下的遠(yuǎn)程手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)TraumaPod(圖2e)，整套系統(tǒng)由手術(shù)機(jī)器人、護(hù)士機(jī)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(shí)現(xiàn)無(wú)人看護(hù)狀態(tài)下的遠(yuǎn)程手術(shù)，預(yù)計(jì)2015年投入使用。

從2004年開(kāi)始，在美國(guó)國(guó)家航空航天局(NationalAeronauticsandSpaceAdministration，NASA)復(fù)雜環(huán)境任務(wù)組(NASAExtremeEnvironentMissionOperations，NEEMO)的引導(dǎo)下開(kāi)展了一系列的遠(yuǎn)程手術(shù)實(shí)驗(yàn)。第7次NEEMO項(xiàng)目在美國(guó)寶宮瓶實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展，它是世界唯一一個(gè)永久性的海底實(shí)驗(yàn)室。手術(shù)采用ComputerMotion公司開(kāi)發(fā)的AESOP機(jī)器人，機(jī)器人由位于距離2500km的加拿大醫(yī)生控制，機(jī)器人端有4名人員（1名具有手術(shù)經(jīng)驗(yàn)的外科醫(yī)生，1名內(nèi)科醫(yī)生沒(méi)有手術(shù)經(jīng)驗(yàn)，另外2名是潛水員沒(méi)有任何醫(yī)療經(jīng)驗(yàn)），進(jìn)行超聲波檢查，超聲波引導(dǎo)腫瘤囊液吸取、血管修復(fù)、腎結(jié)石的移除、膽囊切除手術(shù)過(guò)程。第9次NEEMO項(xiàng)目的開(kāi)展選用由SRI開(kāi)發(fā)的M7機(jī)器人（圖2d），實(shí)驗(yàn)人員不要臨時(shí)組裝與配置機(jī)器人并進(jìn)行實(shí)時(shí)的腹腔模擬手術(shù)，在整個(gè)手術(shù)中由微波衛(wèi)星建立通信連接，手術(shù)延時(shí)達(dá)到3s以模擬地球與月球之間的通信。機(jī)器人端由4名宇航員輔助遠(yuǎn)程醫(yī)生開(kāi)展手術(shù)，進(jìn)行了重大傷病診斷與骨折外科手術(shù)操作。第12次NEEMO項(xiàng)目進(jìn)行的遠(yuǎn)程手術(shù)由M7機(jī)器人和由華盛頓大學(xué)等機(jī)構(gòu)開(kāi)發(fā)的RavenI（圖2c）執(zhí)行，M7機(jī)器人在此次實(shí)驗(yàn)中完成了首次紅外線引導(dǎo)的縫合操作。

白R(shí)avenI之后，加州大學(xué)圣克魯茲分校與華盛頓大學(xué)開(kāi)發(fā)了7套R(shí)avenⅡ系統(tǒng)，這7套系統(tǒng)具有開(kāi)放的軟件平臺(tái)和統(tǒng)一的硬件配置。這些系統(tǒng)將分別裝備于美國(guó)一些著名的醫(yī)療機(jī)器人研究機(jī)構(gòu)，如哈佛大學(xué)、霍普金斯大學(xué)、加州大學(xué)伯克利分校等，旨在研究統(tǒng)一軟硬件平臺(tái)下的機(jī)器人遠(yuǎn)程手術(shù)，所有軟件的開(kāi)發(fā)將采用開(kāi)源的方式進(jìn)行。此項(xiàng)目的開(kāi)展將極大地推進(jìn)醫(yī)療機(jī)器人的研究進(jìn)展。最近加州大學(xué)圣克魯茲分校開(kāi)發(fā)了RavenⅣ機(jī)器人，它有4個(gè)機(jī)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(yuǎn)程手術(shù)。

圖2具有遠(yuǎn)程功能的機(jī)器人系統(tǒng)

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

圖3BH-7機(jī)器人系統(tǒng)

2、各主要遠(yuǎn)程手術(shù)機(jī)器人的特點(diǎn)

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

系統(tǒng)特點(diǎn)：①仿真手腕，人手的全部動(dòng)作被實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)化為精確的機(jī)械手動(dòng)作，可運(yùn)用開(kāi)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(jué)）相比，因三維視覺(jué)可放大10～15倍，使手術(shù)精確度大大增加：④設(shè)備體積龐大，價(jià)格昂貴，另外系統(tǒng)維護(hù)與使用成本也很高。

2.2RavenRaven是以daVinci為原型開(kāi)發(fā)的，相對(duì)于daVinci，它結(jié)構(gòu)更加緊湊，體積更加輕巧，最新開(kāi)發(fā)的Raven系統(tǒng)總質(zhì)量不超過(guò)30kg。Raven系統(tǒng)具有2條機(jī)械臂1個(gè)觀察手術(shù)現(xiàn)場(chǎng)的攝像頭和1個(gè)可以進(jìn)行在線遠(yuǎn)程手術(shù)的機(jī)器人手術(shù)界面。它允許醫(yī)生從遠(yuǎn)程位置操作機(jī)器人系統(tǒng)，可以為偏遠(yuǎn)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(kāi)發(fā)的，并且完全是開(kāi)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(jìn)行外科手術(shù)的實(shí)驗(yàn)和協(xié)作創(chuàng)建了一條通路。

系統(tǒng)特點(diǎn)：①結(jié)構(gòu)輕巧，緊湊，質(zhì)量輕；②開(kāi)源的軟件平臺(tái)，更適合遠(yuǎn)程手術(shù)的普及和推廣。2.3TraumaPod基于戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下傷員救治的特點(diǎn)和無(wú)人作戰(zhàn)計(jì)劃的完善，在美國(guó)國(guó)防部支持下由SRI等多家研究機(jī)構(gòu)開(kāi)發(fā)了應(yīng)對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)上無(wú)人看護(hù)環(huán)境下的遠(yuǎn)程手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)TraumaPod，整套系統(tǒng)由手術(shù)機(jī)器人、護(hù)士機(jī)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(shí)現(xiàn)無(wú)人看護(hù)狀態(tài)下的遠(yuǎn)程手術(shù)。這是迄今為止最復(fù)雜的遠(yuǎn)程手術(shù)系統(tǒng)。

系統(tǒng)特點(diǎn)：①系統(tǒng)復(fù)雜，智能程度高：②成本高，不便推廣。

2.4BH-7BH-7機(jī)器人具有5個(gè)自由度，是北京航空航天大學(xué)與海軍總醫(yī)院針對(duì)海上遠(yuǎn)程環(huán)境下腦外科手術(shù)開(kāi)發(fā)的一套遠(yuǎn)程系統(tǒng)。為了解決衛(wèi)星通信延時(shí)的問(wèn)題，系統(tǒng)采用了虛擬手術(shù)技術(shù)將遠(yuǎn)程的視頻圖像與預(yù)測(cè)的虛擬圖像融合在一起，這樣增強(qiáng)了系統(tǒng)的安全性和可靠性，同時(shí)也在很大程度上降低了延時(shí)對(duì)系統(tǒng)的影響，針對(duì)海上環(huán)境下船體的振動(dòng)、搖擺以及手術(shù)環(huán)境空間狹小等因素，BH-7機(jī)器人在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、誤差分析與補(bǔ)償方面也進(jìn)行了相關(guān)的研究。

系統(tǒng)特點(diǎn)：①體積小，結(jié)構(gòu)緊湊；②滿足一定動(dòng)態(tài)環(huán)境下手術(shù)的開(kāi)展；③系統(tǒng)功能單一，只針對(duì)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(yīng)用需求的不斷擴(kuò)張，遠(yuǎn)程手術(shù)已不再局限于設(shè)備齊全、手術(shù)環(huán)境理想的醫(yī)院手術(shù)室，復(fù)雜環(huán)境下遠(yuǎn)程手術(shù)的研究已成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。這些復(fù)雜環(huán)境包括海上環(huán)境、水下環(huán)境、太空環(huán)境、戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境等，對(duì)遠(yuǎn)程手術(shù)過(guò)程中機(jī)器人的設(shè)計(jì)提出了新的挑戰(zhàn)和要求。海上環(huán)境下的振動(dòng)、搖擺要求機(jī)器人具有白適應(yīng)、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(zhǎng)延時(shí)需要機(jī)器人體積更加輕巧及白主手術(shù)能力更強(qiáng)、更加智能。為應(yīng)對(duì)復(fù)雜環(huán)境下缺乏專業(yè)醫(yī)護(hù)人員的情況，機(jī)器人人機(jī)交互效率、手術(shù)流程及執(zhí)行效率也需要進(jìn)一步的研究和改進(jìn)。

理想化的手術(shù)機(jī)器人還應(yīng)具備以下特點(diǎn)：①設(shè)計(jì)人性化，操作平臺(tái)符合人手力學(xué)特點(diǎn)，具有更豐富的感覺(jué)反饋；②數(shù)據(jù)傳輸實(shí)時(shí)化，感覺(jué)反饋及操作指令消除時(shí)差阻滯；③軟件支撐智能化，可隨時(shí)人工介入，并允許麻醉醫(yī)師進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)觀察患者生命體征：④價(jià)格平民化，購(gòu)置價(jià)格、維修費(fèi)用合理及使用花費(fèi)在普通民眾經(jīng)濟(jì)能力承受范圍內(nèi)，便于在世界范圍普及推廣。

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