机器人技术能否掀起医疗领域新兴革命？

　机器人技术的进步正在完全改变着今天的医生手术室。通过机器人的控制和协助，任何伤害或疾病的手术都比以往任何时候变得更快、更准确、更少的扩散。因为机器人有利于加快手术过程，手术变得更加安全。对于传统的外科手术，持续几个小时实施手术的外科医生可能变得非常疲劳。因此，外科医生的手可能会犯灾难性的错误，特别是复杂而微妙的手术，例如神经外科手术。但机器人的手从不会劳累，而它也不会因颤抖而位置不当。

　　在感知（尤其是触觉传感）、影像方面的提高，更好的机器人控制和关节衔接，以及更为灵巧的机器人的开发已经促使机器人手术急剧增加。医学界现正更为深入地了解机器人的优势，以及这一过程中所涉及的确保外科医生和机器人系统之间的无缝衔接。

　　医疗机器人并不是完全自主的，其本身并不实施手术。相反，它们协助外科医生，由医生命令和控制它们。因此，手术正在迅速变为人与机器之间的伙伴关系。根据BCC调查公司表示，到2011年外科手术机器人的市场仅在美国其总额就将高达25亿美元。这一市场有望在2006至2011年间预计增长率为43％。

　　医疗机器人正在泌尿系统、神经系统、妇科、心脏、骨科、胃肠道、儿科，以及无线手术过程中提供协助。依赖于在一项手术中外科医生的互动水平，这些系统大致可分为三类：监督控制、远程手术和共享控制系统。

　　在监督控制手术中，机器人按照来自外科医生的计算机编程程序输入来执行手术过程。在远程手术中，外科医生从远处操纵机器人的手采用实时成像和触觉反馈来实施手术。外科医生最主要涉及到共享控制程序，其中他们使用机器人来获得“稳定的手”操纵使用中的手术器械。

　　美国政府也正在推行机器人手术。来自国防高级研究计划局（DARPA）的Trauma Pod计划设想了未来的手术室。在SRI领导下，这一多方面计划旨在利用机器人来执行外科医生的技能，而这正是需要它们的战场（图1）。其包括了来自华盛顿、德克萨斯和马里兰大学；Oak Ridge国家实验室；通用动力公司；直觉外科公司；通用电气公司；集成医疗系统公司；以及机器人手术科技公司的贡献。

　　这一市场上最著名的产品就是来自直觉外科公司的达芬奇外科手术系统，该系统包括了一个观察与控制操作台和一个外科手臂部件（图2）。在全世界范围所使用，它是唯一用于腹腔镜以及各种微创孔手术的机器人辅助装置。它也被成功用于很多妇科、泌尿科和心脏手术。

　　虚拟手术的预先规划

　　对其所有优势而言，机器人手术还需要更好的计算机建模、图像处理和外科手术中人与机器更加无缝集成的触觉传感。这些改进将实现更好的术前规划，也让医生在实际手术前实施虚拟手术。

　　华盛顿大学正在研制一种“holomer”系统，这是一种在手术过程中用作全身扫描来引导体内手术导航的系统。一名外科医生便可以在进行实际手术之前使用此信息来对病人实施虚拟手术。

　　这也是约翰霍普金斯大学计算机集成系统和技术工程研究中心的目标。其手术的CAD-CAM系统提供了“一站式购物” 通过术后评价来整合重新规划，并建立起“即插即用”手术的模块化系统（图3）。

　　研究人员还正在调查触觉感知，这在微妙的手术中是非常重要的。“外科医生已要求这种反馈。因此，我们正在使用我们对触觉技术的了解来尝试向外科医生提供当他们使用的机器人医疗工具时所失去的触觉感知，” 约翰霍普金斯大学人机交互中的主要研究人员Allison Okamura说。

　　传感器可以连接到机器人工具来传达有多少力量正在用于手术缝合。此外，数学模型将代表机器人工具所作的运动，而这一数据将被转换为触觉反馈来发送给外科医生。

　　Okamura的团队开发了可视化触觉系统，该系统在缝合期间通过显示器向外科医生发送所观察到的触觉信息。彩色圈跟着缝合工具的图像，红色表明过大的力量（其中缝合线可能会断裂），而绿色及黄色表示刚好适度的缝合力量。

　　Tufts大学的研究人员也正在研究模拟微创手术的方法，该方法采用可视化，再加上触觉，来合并反馈到机器人外科手术训练中。他们正在集中力量开发采用摄像机和力反馈传感器的腹腔镜手术工具。

　　“在遥控手术中，力量反馈或触觉反馈非常重要，” Tufts大学机械工程系助理教授Caroline Cao说。“否则，你无法感觉到你正在处理的对象。你最终要么碰撞到目标，或者你并不知道如何控制力量来操控你的目标。”

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