眾所周知，起源于20世紀80年代的腹腔鏡技術，開啟了外科手術的微創(chuàng)化時代。隨著技術的進步，越來越多的新技術應用在了微創(chuàng)醫(yī)學領域，包括大家已經(jīng)非常熟悉的機器人技術。
與電子胃鏡類似，腹腔鏡是一種帶有微型攝像頭的器械，腹腔鏡手術就是利用腹腔鏡及其相關器械進行的手術：使用冷光源提供照明，將腹腔鏡鏡頭（直徑為3～10mm）插入腹腔內，運用數(shù)字攝像技術使腹腔鏡鏡頭拍攝到的圖像通過光導纖維傳導至后級信號處理系統(tǒng)，并且實時顯示在專用監(jiān)視器上。然后醫(yī)生通過監(jiān)視器屏幕上所顯示患者器官不同角度的圖像，對病人的病情進行分析判斷，并且運用特殊的腹腔鏡器械進行手術。
但是腹腔鏡技術有明顯的局限性，例如
■ 轉動角度受限，造成了手術盲區(qū)；
■ 只能提供二維的手術視野；
■ 器械屬反向操作；
■ 鏡頭易顫抖
■ 醫(yī)生體位不適等
隨著科學技術的發(fā)展，機器人技術逐漸進入醫(yī)學領域，并已經(jīng)成為了微創(chuàng)外科手術的潮流技術，預示著第三代外科手術時代已經(jīng)來臨。
以美國Inuitive surgical公司研發(fā)和制造的“達芬奇”機械人手術系統(tǒng)，成為了微創(chuàng)外科手術機器人的典型代表。同時，達芬奇也是唯一的可以用于腹腔手術的機器人手術系統(tǒng)。達芬奇機器人手術系統(tǒng)以麻省理工學院(原名斯坦福研究學院)研發(fā)的機器人外科手術技術為基礎。Intuitive Surgical隨后與IBM、麻省理工學院和Heartport公司聯(lián)手對該系統(tǒng)進行了進一步開發(fā)。 FDA已經(jīng)批準將達芬奇機器人手術系統(tǒng)用于成人和兒童的普通外科、胸外科、泌尿外科、婦產(chǎn)科、頭頸外科以及心臟手術。
達芬奇機器人手術系統(tǒng)，又可稱為內窺鏡手術器械控制系統(tǒng)，系統(tǒng)由三個部分組成：外科醫(yī)生主控制臺、病人床邊用于放置手術器械的手術推車和成像處理設備。該系統(tǒng)的三維可視化功能可提供深度感知，而其類似手腕狀關節(jié)的微型化手術器械提高了外科醫(yī)生的靈活度和運動范圍。該系統(tǒng)還通過減少手的抖動和把外科醫(yī)生的動作經(jīng)系統(tǒng)處理之后按比例提供給機械手臂來加強(對手術精度的)控制。相比醫(yī)生手動的腹腔鏡手術，符合人體工程學的儀表-手-眼結合和直觀的器械動作還可以縮短外科醫(yī)生的訓練時間。
“達芬奇”機器人的機械手擁有7個自由度，具有人手無法企及的精確性?！斑_芬奇”還可以過濾人手的抖動，使得手術可以更精細。此外，機器人手術還具有移動縮減功能的特點，也就是說醫(yī)生在操縱這一裝置的過程中，移動操作桿5毫米，在患者體內的機械末端僅移動1毫米，這樣就大大提高了手術的精確性和安全性。
達芬奇外科手術系統(tǒng)要求在病人身體開多達五個小型(小于1厘米)的切口，用于插入兩個手術機械手臂和一個攝像頭。放置在病人床邊的配套推車將手術器械移動到病人身邊，病人床邊會有外科手術助手在。與此同時，醫(yī)生可以坐到房間的控制臺來操作系統(tǒng)，外科醫(yī)生的所見和感受與開放式手術是相同的。外科醫(yī)生通過對主控裝置(用于將外科醫(yī)生的動作翻譯并傳遞給機械手臂)進行操縱來進行手術。外科醫(yī)生用手抓住顯示屏下方的主控裝置，手腕相對其眼睛自然地動作。外科醫(yī)生的對主控裝置的動作被轉換成在患者體內進行的精確的、實時的機器手臂動作。
通過外科醫(yī)生的手腕、手和手指的運動來控制主刀的機器手臂，這和典型的開放式手術是一樣的。此外，該系統(tǒng)還有一系列全套的EndoWrist手術器械可供選擇。這些手術器械可以做7度角的旋轉，超出了人類手腕的靈巧度。每一類手術器械都有特定的作用，如用于夾緊，縫合手術和組織處理。
病人旁邊的推車用于容納兩個機器人手臂和一個內窺鏡手臂，它們用來復制外科醫(yī)生的動作。腹腔鏡手臂以手術部位作為支樞，不用依靠患者的體腔壁來做支撐，這樣就將把對組織和神經(jīng)的損傷降到了最低程度。外科醫(yī)生的助手們安全好合適的手術器械，在患者身上準備合適的切口，并監(jiān)管腹腔鏡機械手臂和正在使用的工具。
達芬奇手術系統(tǒng)集成了高端運動控制技術，這樣機器手臂的每個動作都能像熟練的外科醫(yī)生一樣順暢、準確---即便在很慢的計算速度下。每個達芬奇HD系統(tǒng)包含有30多個由馬克森精密電機公司生產(chǎn)的電機。這些電機是每個機械手臂的心臟。
馬克森電動機為達芬奇系統(tǒng)提供輸入和輸出。通過一系列反饋控制，電機和編碼器接收了來自醫(yī)生的輸入信號，在經(jīng)過主控制臺電路進行實時翻譯后，將輸出信號傳送給機器手臂中的電機。機械手隨之通過主控制臺電路將力反向施加至外科醫(yī)生的手中。馬克森電機的定子采用的是稀土磁鐵，其定子采用的是無鐵設計，這樣即便在低速運行的情況下也不會有磁性齒槽存在。為區(qū)分它們的雙重角色，將外科醫(yī)生的床旁推車所用的電機作為主控電機，機械手臂電機所用電機作為從屬電機。從屬電機的精度和主控電機的精度相同，并且還需要能在外科醫(yī)生助手移動末端執(zhí)行器就位時后向驅動。手術器械頂部的電機具有低遲滯性。
Intuitive公司的工程師們在達芬奇系統(tǒng)中使用了30多個電機。有RE25電機，有些帶有編碼器反饋，有些電機沒帶編碼器反饋;配置有GP13系列減速器和13毫米磁性編碼器的RE 13 mm電機;以及帶第三方編碼器的RE 35系列電機。馬克森電動機是達芬奇系統(tǒng)核心性能特性試驗的關鍵，這些核心性能特性測試包括摩擦、間隙和兼容情況，以及一系列傳感器反饋監(jiān)測。
范德比爾特大學的一個工程師和醫(yī)生的團隊已經(jīng)研發(fā)出了一種微小的機械手，可用于毫米大小的切口和縫合，并允許更多樣化的操作，而且以更小的創(chuàng)傷來進行現(xiàn)有的操作。這種機械手腕足夠靈活，可以將針頭伸進鼻子、咽喉、耳朵、尿道和腦內。機械手可以切一個縫紉針直徑的切口，并在你的體內完成90度的彎曲，一些極其困難的手術很快就將會變得更加簡單和靈活。
相比其他類型的及其手術系統(tǒng)較大的操作范圍（2.4到15毫米(0.1至0.6英寸)），這種新型機械手操作范圍可以達到了1.16毫米(0.05英寸)。
這種機械手有望應用于許多精確、小規(guī)模的外科手術中，研究人員相信它尤其對針式腔鏡外科有所幫助。比如在極小的切口上，它可以用手術膠帶縫合傷口，而且不留疤痕。作為腹腔鏡，在較小的范圍內，它可以使用微型手術器械，通過細管往切口里給藥，類似地，微型照相機還可以提供可視化的引導。這是微創(chuàng)手術最尖端的手段。
有了這種靈活的機械手腕，外科醫(yī)生將很快能夠通過如鼻、喉等自然通道，以及其他一些較為尖銳的區(qū)域，如踝關節(jié)和中耳等進行小規(guī)模的操作。
這種機械腕由一種名叫鎳鈦諾制成的堅硬細管組成，這是鎳和鈦的合金，可以在一定的曲率下成型。設計之初，研究人員打算用許多小零件組成，但后來他們意識到可以采取鎳鈦合金管代替，切四或五個孔使其可以達到90度的動態(tài)彎曲。他們還發(fā)現(xiàn)可以通過在尖端附著電線來控制其彎曲度 - 如果撤去電壓，機械腕彈回到直線位置，如果逐漸增加或減小電壓，就可以精確地控制它的彎曲。
范德比爾特大學五月申請了臨時專利，提供給外科醫(yī)生操縱機械臂的軟件接口將在8月底完成。這之后還需要得到FDA的批準，這可能要花上四五年的時間。
如今，盡管技術進步了，但機器人手術系統(tǒng)仍維持著高昂的市場價格，以達芬奇手術機器人系統(tǒng)為例，售價達到2000萬人民幣以上，使得很難得到大規(guī)模使用，在中國截止今天也只有不到20臺。我們期待越來越多的技術企業(yè)參與到這個行業(yè)中，共同推動技術進步，同時通過市場手段降低設備價格，讓普通人得到真正的實惠。