達芬奇手術(shù)機器人（Leonardo Da Vinci surgical robot）是世界上最為常見的外科手術(shù)系統(tǒng)，主要由床旁機械臂系統(tǒng)、成像系統(tǒng)、外科醫(yī)生控制臺三部分組成。實施手術(shù)時外科醫(yī)生不與患者直接接觸，通過三維視覺系統(tǒng)和動作定標系統(tǒng)操作控制，醫(yī)生手臂、手腕和手指的動作通過傳感器在計算機中記錄下來，并同步翻譯給機器手臂，機械手臂的前端安裝各種特殊的手術(shù)器械模擬外科醫(yī)生的技術(shù)動作，完成手術(shù)操作。
第一臺達芬奇手術(shù)機器人于1999年誕生，并于2000年通過美國食品藥品監(jiān)督局（美國食品藥品監(jiān)督管理局）的認證且應用于外科手術(shù)治療。2006年，中國北京的301醫(yī)院引進并開始使用中國第一臺達芬奇手術(shù)機器人。2022年3月，貴州省人民醫(yī)院小兒外科安妮妮教授團隊使用“達芬奇”機器人手術(shù)突破100例。截至2023年，達芬奇機器人手術(shù)系統(tǒng)已廣泛應用于泌尿外科、普外科、心臟外科、婦科學等，其中泌尿外科是當前機器人手術(shù)的主要應用領(lǐng)域之一。2023年6月13日，云南省第一人民醫(yī)院首例達芬奇機器人心臟手術(shù)的患者順利出院。
達芬奇手術(shù)機器人的主要優(yōu)勢在于高度放大清晰的三維視野及極其靈活的機械手臂，使手術(shù)操作“更精細、更精準、更精確”。但同時也存在系統(tǒng)缺乏觸覺反饋，術(shù)者對手術(shù)視野內(nèi)的組織器官沒有觸覺感知，無法判斷血管、腫瘤等組織的彈性、搏動性、硬度、韌性等安全風險。未來達芬奇手術(shù)機器人的應用范圍有望持續(xù)擴大，市場滲透率仍待提升，商業(yè)化壁壘仍待打通。
醫(yī)療用途
使用目的
利用達芬奇手術(shù)機器人放大清晰的三維視野及極其靈活的機械手臂，可當做外科醫(yī)師的代理手臂，依照醫(yī)師的手部動作，完成精細的手術(shù)步驟，使手術(shù)操作“更精細、更精準、更精確”。
主要應用領(lǐng)域
泌尿外科
在泌尿外科領(lǐng)域的主要應用有達芬奇手術(shù)機器人輔助腹腔鏡前列腺癌根治術(shù)、腎癌根治術(shù)、腎部分切除、全膀胱切除、腎上腺切除、腎盂成形術(shù)等。另外，膀胱膨出修復術(shù)、直腸前突修復術(shù)、輸尿管再植、輸尿管重建、輸尿管膀胱吻合、骨陰道固定、腎固定、腎囊腫切除、輸精管吻合、精索靜脈曲張手術(shù)等大多數(shù)泌尿外科手術(shù)都有成功使用機器人手術(shù)完成的報道。自2017年起，用達芬奇手術(shù)機器人治療前列腺癌根治性術(shù)已是手術(shù)的首選術(shù)式。
心臟外科
在心臟外科的應用主要是輔助冠狀動脈旁路移植術(shù)和輔助二尖瓣手術(shù)。輔助冠狀動脈旁路移植術(shù)主要包括機器人乳內(nèi)動脈游離加胸壁小切口冠狀動脈旁路移植術(shù)和全機器人下冠狀動脈旁路移植術(shù)。單純二尖瓣病變或合并三尖瓣病變可考慮機器人輔助二尖瓣手術(shù)。此外，達芬奇手術(shù)機器人還可以輔助先天性心臟病糾治術(shù)、心臟腫瘤切除術(shù)、心房顫動消融術(shù)和起搏導線植入術(shù)等。
主要優(yōu)點
結(jié)構(gòu)原理
結(jié)構(gòu)組成
達芬奇手術(shù)機器人有三個組成部分，分別是床旁機械臂系統(tǒng)、成像系統(tǒng)、外科醫(yī)生控制臺。
床旁機械臂系統(tǒng)
床旁機械臂系統(tǒng)（Patient Cart）是外科手術(shù)機器人的操作部件，其主要功能是為器械臂和攝像臂提供支撐。該系統(tǒng)包含3～4個交互式的機械臂（1個持鏡臂、2～3個工作臂）。持鏡臂有4個關(guān)節(jié)，用于術(shù)中握持腹腔鏡攝像頭；工作臂有6個關(guān)節(jié)，用于完成術(shù)中各種操作。每個工作臂裝有一個Endo Wrist仿真機械手，它通過抓鉗、電鉤、剪刀、針持器等不同的控件可以像人手一樣進行鉗抓、分離、縫合等手術(shù)操作。同時，它還具有振動消除系統(tǒng)和動作定標系統(tǒng)，可保證機械臂在狹小的手術(shù)空間內(nèi)進行精確的操作。且手臂上的微型攝像機可以進入人體內(nèi)部，完成某些人類醫(yī)師難以完成的高難度手術(shù)。為了確保患者安全，助手醫(yī)生比主刀醫(yī)生對于床旁機械臂系統(tǒng)的運動具有更高優(yōu)先控制權(quán)。
成像系統(tǒng)
成像系統(tǒng)（Video Cart）內(nèi)裝有外科手術(shù)機器人的核心處理器以及圖像處理設備，在手術(shù)過程中位于無菌區(qū)外，可由巡回護士操作，并可放置各類輔助手術(shù)設備。達芬奇手術(shù)系統(tǒng)的內(nèi)窺鏡可以形成三維立體圖像，手術(shù)圖像被放大10~15倍，提供真實的全景三維圖像，使主刀醫(yī)生較普通腹腔鏡手術(shù)更能把握操作距離，更能辨認解剖結(jié)構(gòu)，提升了手術(shù)精確度。
外科醫(yī)生控制臺
手術(shù)主控臺（Surgeon Console）是外科手術(shù)機器人的控制中心，其設計充分考慮了人機交互。主控臺提供了自然的手眼協(xié)調(diào)，舒服的坐姿降低了手術(shù)醫(yī)生的疲勞感，保證長時間手術(shù)的正常進行，內(nèi)置的麥克風能夠讓手術(shù)中的溝通更加有效率。主刀醫(yī)生坐在控制臺中，位于手術(shù)無菌區(qū)之外，使用雙手控制兩個主控制器，使用腳踏板來切換不同的手術(shù)工具。控制系統(tǒng)中的運動比例縮放功能將使醫(yī)生手部的自然顫抖或無意的移動降低到最小程度。
操作原理
實施手術(shù)時外科醫(yī)生不與患者直接接觸，通過三維視覺系統(tǒng)和動作定標系統(tǒng)操作控制，醫(yī)生手臂、手腕和手指的動作通過傳感器在計算機中記錄下來，并同步翻譯給機器手臂，機械手臂的前端安裝各種特殊的手術(shù)器械模擬外科醫(yī)生的技術(shù)動作，完成手術(shù)操作。
主刀醫(yī)生坐在控制臺中，位于手術(shù)室無菌區(qū)之外，使用雙手（通過操作兩個主控制器）及腳（通過腳踏板）來控制器械和一個三維高清內(nèi)鏡，使其手術(shù)器械尖端與外科醫(yī)生的雙手同步運動。控制系統(tǒng)中運動比例縮放功能將使醫(yī)生手部的自然顫抖或無意的移動減小到最小程度，主刀醫(yī)生還可以從外科醫(yī)生控制臺中選擇將視圖從全屏模式切換到一種多圖像模式，該模式能夠顯示出手術(shù)部位三維圖像的同時，一并顯示出由其他設備提供的最多兩個附加圖像，例如患者心電監(jiān)護信息及術(shù)中超聲影像。
準備操作
系統(tǒng)電源
患者手術(shù)車（Patient Cart）、視頻車（Vision Cart）和操控臺（Surgeon Console）這三部分都需要單獨的電源插座，不能插在一個接線板上。患者手術(shù)車上有備用電池，需要24小時不間斷供電以保證備用電池始終為滿電量狀態(tài)。
系統(tǒng)連接
患者手術(shù)車和操控臺分別用一條藍色數(shù)據(jù)光纜線與視頻車連接，在這三部分的背后都可以找到通用插口。插入藍色數(shù)據(jù)光纜線后，插口上方將有藍色顯示燈亮起，表明連接成功，若亮起紅燈，則說明沒有完全插入。
系統(tǒng)移動
視頻車下有四個自由滑輪，可以直接推動。患者手術(shù)車有兩種模式，N擋（手動）和D擋（自動），N擋下可以直接推動手術(shù)車，D擋是電動驅(qū)動，需要有電源，移動時左手捏住閥門，右手向前或向后轉(zhuǎn)動油門（類似開動摩托車動作），轉(zhuǎn)動幅度越大速度越快。操控臺只能側(cè)方向移動，移動時推或拉動兩側(cè)的欄桿即可，移動到位后踩下下方的剎車板。
系統(tǒng)開關(guān)機
系統(tǒng)用藍色光纜線連接后，按下任意一個開關(guān)鍵都可啟動或關(guān)閉系統(tǒng)。關(guān)機時，系統(tǒng)會倒數(shù)10秒并顯示在屏幕上，若10秒內(nèi)再次按下開關(guān)鍵可取消關(guān)機。
當系統(tǒng)未用藍色光纜線連接時，按下開關(guān)鍵只可以單獨啟動該開關(guān)鍵所在系統(tǒng)部分。例如單獨啟動患者手術(shù)車可以激活手術(shù)車的電驅(qū)動功能和移動機械臂；單獨啟動操控臺可以加載虛擬實境模擬器。
鏡頭連接
鏡頭線和光源線連接：插入后旋轉(zhuǎn)螺帽擰緊，鏡頭線和光源線一般始終保持插入狀態(tài)無需拔出。推薦光源亮度始終調(diào)整在100%。
手術(shù)室布局
患者手術(shù)車位于無菌區(qū)，一般視頻車置于助手醫(yī)生對面，操控臺的位置要求主刀醫(yī)生轉(zhuǎn)過頭來能看見手術(shù)區(qū)域及整個手術(shù)團隊。
安全風險
達芬奇手術(shù)機器人系統(tǒng)缺乏觸覺反饋，術(shù)者對手術(shù)視野內(nèi)的組織器官沒有觸覺感知，無法判斷血管、腫瘤等組織的彈性、搏動性、硬度、韌性等。在應用機器人手術(shù)系統(tǒng)進行處理血管的過程中，手術(shù)力度不好掌控，容易過度牽拉撕扯血管外壁導致出血。
達芬奇手術(shù)機器人與其他臨床使用的微創(chuàng)儀器設備比較，具有術(shù)前準備工作繁瑣、耗時長以及手術(shù)開臺時間長的不足，影響手術(shù)周轉(zhuǎn)效率、延遲接臺手術(shù)，甚至造成接臺手術(shù)改期。
注意事項
電源系統(tǒng)
達芬奇機器人系統(tǒng)對電源系統(tǒng)有著嚴格的要求，手術(shù)間必須提供三路獨立的電源，分別單獨為外科醫(yī)生控制臺、操作臂系統(tǒng)和視頻車供電，不允許共用同一路電源，以免相互影響帶來風險。達芬奇機器人系統(tǒng)首次使用前必須先對操作臂系統(tǒng)的后備電池充電至少14小時。此后，即使整個系統(tǒng)處于關(guān)機狀態(tài)，操作臂系統(tǒng)也必須一直處于通電狀態(tài)，以確保電池時刻處于滿格狀態(tài)，以防術(shù)中出現(xiàn)緊急情況時有足夠電能撤出機械臂系統(tǒng)。
開機自檢
開機過程中，系統(tǒng)會進行自檢。這時操作手柄和四個機械臂會有小幅運動，目的是自檢以及確認初始位置。由于機械臂會運動，所以開機前必須確保機械臂間不會相互碰撞，以防發(fā)生意外。如果發(fā)生碰撞，按住臂上的離合按鈕調(diào)整位置，調(diào)整完成后松開離合按鈕，系統(tǒng)會繼續(xù)進行該臂的自檢。自檢過程中系統(tǒng)檢測到有適配器、專用器械等安裝在機械臂上時，臂不會運動，所以手術(shù)過程中允許重啟系統(tǒng)。為安全起見，在條件允許的情況下，最好移除器械后重啟。如果操作手柄的運動被阻止，需要用手輕拉，使其繼續(xù)完成自檢過程。自檢過程中不允許將頭伸入3D手術(shù)監(jiān)視器，也不允許觸碰任何功能鍵及腳踏，否則可能導致系統(tǒng)錯誤，一旦發(fā)生不可恢復性錯誤，需重啟機器。
光纖使用
在開機使用前必須首先正確連接光纖，嚴禁在開機狀態(tài)下插拔光纖。此外，所有外設需在系統(tǒng)處于關(guān)機狀態(tài)下連接，并先于機器人系統(tǒng)開機前啟動完畢。光纖的最小安全彎折半徑為1英寸，嚴禁打折、碾壓、踩踏等。光纖的指示燈有藍、黃、紅三種顏色：藍色代表完全正常；黃色代表光纖傳輸率低；紅色代表光纖未連接。據(jù)此可以判斷光纖的工作狀態(tài)。為保證信號傳輸效率，需要定期使用壓縮氣體對光纖進行清潔保養(yǎng)。
發(fā)展歷史
誕生
芬奇手術(shù)機器人的誕生，源于美國航空航天局斯科特·費希爾博士和斯坦福大學整形外科醫(yī)生約瑟夫·羅森的合作成果。在20世紀80年代中后期，他們設想了“遠程呈現(xiàn)手術(shù)”(Telepresence Surgery)，即通過將交互式虛擬現(xiàn)實與手術(shù)機器人相結(jié)合，實現(xiàn)“遠程辦公”式的手術(shù)。這個團隊向斯坦福大學研究所的菲爾·格林(Phil Green)博士及其團隊展示他們的研究成果，于是該研究所利用這一概念開發(fā)了一種遠程控制器，用于增強外科手術(shù)中神經(jīng)和血管的吻合度。在美國軍隊的資助下，由菲爾·格林博士和理查德·斯達瓦博士領(lǐng)導的斯坦福國際研究院(該組織做了熟知的Siri系統(tǒng)的初始研究)的工程師和醫(yī)生，將這種遠程控制器發(fā)展成綠色遠程呈現(xiàn)系統(tǒng)。
美國軍隊對這種技術(shù)產(chǎn)生濃厚興趣，因為這個系統(tǒng)使得野戰(zhàn)部隊可將一名受傷的士兵放在一輛裝有手術(shù)設備的車輛上，附近的陸軍流動外科醫(yī)院可以通過遠程操作手術(shù)設備來治療傷員。陸軍為這一領(lǐng)域的幾個不同的研究項目提供了資金，其中一個項目是由計算機運動公司開發(fā)的，是一種安裝在桌上的機器人手臂，由外科手術(shù)醫(yī)生控制，操縱內(nèi)窺鏡攝像機，被稱為伊索(Aesop)機器人系統(tǒng)的最佳定位的自動內(nèi)窺鏡系統(tǒng)。伊索機器人系統(tǒng)使得手術(shù)中不需要助手手持攝像機，它成為1993年由美國食品及藥物監(jiān)督管理局(美國食品藥品監(jiān)督管理局)批準的第一臺手術(shù)機器人裝置。美國政府及其支持的私人研究在遠程操作裝置方面所取得的進展，使現(xiàn)代腹腔鏡或微創(chuàng)手術(shù)成為可能。
發(fā)展
1995年，美國直覺外科公司(ISRG)誕生，為了紀念達·芬奇帶來的對機器人的啟蒙，他的創(chuàng)始人弗雷德里克·H.摩爾(Frederic H.Moll)博士將他們設計的醫(yī)療手術(shù)機器人系統(tǒng)命名為“達芬奇手術(shù)機器人”。1996年4月，直覺外科公司從SRI獲得了綠色遠程呈現(xiàn)系統(tǒng)授權(quán)后，組建了一只工程師團隊。
1997年研發(fā)出第一版系統(tǒng)，并以“Lenny”（達芬奇的幼名）命名，隨后又有“Leonardo”（達芬奇名字）和“Mona”（靈感來自蒙娜麗莎）兩代更新版本，最終在1999年推出核心產(chǎn)品：“達芬奇”手術(shù)機器人系統(tǒng)（Da Vinci Robot-assisted Surgical System），并于2000年通過美國食品藥品監(jiān)督局（美國食品藥品監(jiān)督管理局）的認證且應用于外科手術(shù)治療，成為全球首臺可以在腹腔手術(shù)中使用的手術(shù)機器人。
2002年12月第二代達芬奇手術(shù)機器人（Da Vinci S）誕生，并被FDA批準運用于臨床。
2003年，Delaney CP首次報道了機器人輔助手術(shù)應用于2例右半放射性腸炎，3例乙狀結(jié)腸，1例直腸懸吊術(shù)。其表示機器人結(jié)直腸的手術(shù)是安全可行的，但耗時較腹腔鏡要高。
2006年，北京的301醫(yī)院引進并開始使用中國第一臺達芬奇手術(shù)機器人，并在2007年完成了第一例手術(shù)，從此開啟了“達芬奇”在華10多年的征程。
2009年，第三代產(chǎn)品達芬奇Si系統(tǒng)機器人（Da Vinci Si）推出，在第二代基礎(chǔ)上增加了雙控制臺、模擬控制器、術(shù)中熒光顯影技術(shù)等功能。
2014年，推出第四代達芬奇Xi系統(tǒng)機器人，其靈活度、精準度、成像清晰度等方面有了顯著提高，2014年下半年還開發(fā)了遠程觀察和指導系統(tǒng)。
2012年，達芬奇手術(shù)機器人榮列“近50年十項醫(yī)學偉大發(fā)明”，并以其技術(shù)先進性、臨床應用廣泛性登上“2011機器人十大新聞”。
2017年，第五代達芬奇X系統(tǒng)機器人是第三代Da Vinci Si和第四代Da Vinci Xi的混合版，它添加了聲音系統(tǒng)、鐳射引導系統(tǒng)以及輕量級內(nèi)窺鏡等新功能，機械臂的體積也更小，功能也更多了。
2018年推出第六代達芬奇SP系統(tǒng)機器人，是單孔內(nèi)窺鏡手術(shù)機器人，其最大的特點是只有一個機械臂，在通過單孔進入體內(nèi)后，自動展開為三個連續(xù)體操作臂和一個3D高清攝像頭，可在狹窄的手術(shù)空間內(nèi)實現(xiàn)可視性控制。
截至2023年，達芬奇機器人仍是唯一被批準用于臨床的外科機器人，也是世界上應用最廣泛、最成功的手術(shù)機器人系統(tǒng)。
發(fā)展方向
鑒于達芬奇手術(shù)機器人系統(tǒng)自身存在的缺陷，如設備體積過于龐大、手術(shù)耗時過長、購置和維修成本過于昂貴等，多家單位正在進行各種改良手術(shù)機器人的研制和開發(fā)，未來手術(shù)機器人的成果研制和投入使用，勢必會降低機器人手術(shù)系統(tǒng)昂貴的購買和維修費用，而未來的手術(shù)機器人定將更加微小化、智能化和遠程化。
浙商證券券商分析師說：在達芬奇手術(shù)機器人國產(chǎn)化進程不斷推進之下，隨著技術(shù)的更新迭代，以及在精度、安全性、靈活性上的明顯優(yōu)勢，手術(shù)機器人的應用范圍有望持續(xù)擴大，意味著中國手術(shù)機器人市場滲透率仍待提升，商業(yè)化壁壘仍待打通。
參考資料 >
貴州省人民醫(yī)院小兒外科 兒童達芬奇機器人手術(shù)突破100例.貴州健康報.2024-03-04
云南首例達芬奇機器人微創(chuàng)心臟手術(shù)成功開展.中國新聞網(wǎng).2024-03-03