机器人手术将如何运作

在今天的手术室里，你会发现两三名外科医生、一名麻醉师和几名护士，即使是最简单的手术也需要他们。大多数手术都需要近12个人在房间里。与所有自动化一样，外科手术机器人最终将消除对一些人员的需求。展望未来，手术可能只需要一名外科医生、一名麻醉师和一两名护士。在这个几乎空无一人的手术室里，医生坐在手术室内外的计算机控制台旁，用手术机器人完成曾经需要cro的任务有很多人要表演。

使用计算机控制台从远处执行操作打开了想法远程手术，这将需要医生在离患者几英里远的地方进行精细手术。如果医生不必站在患者旁边进行手术，并且可以在离患者几英尺远的计算机站上控制机器人手臂，那么下一步将是在更远的位置进行手术。如果有可能使用计算机控制台实时移动机器人手臂，那么加利福尼亚的医生就有可能为纽约的病人做手术延迟--医生将手移动到对这些动作做出反应的机械臂之间的时间延迟。目前，医生必须与患者在同一房间，以便机器人系统对医生的手部动作做出即时反应。

手术室的人员更少，医生能够对患者进行远距离手术，这可以降低长期医疗成本。除了成本效益外，机器人手术与传统手术相比还有其他一些优势，包括提高精确度和减少患者的创伤。例如e、 传统的心脏搭桥手术要求患者的胸部通过1英尺（30.48厘米）的距离“裂开”长切口。然而，使用达芬奇系统，可以在胸部做三到四个小切口，每个切口的长度仅为1厘米。因为外科医生会在胸部做这些小切口，而不是一个长切口，患者会经历更少的疼痛、创伤和出血ng，这意味着更快的恢复。

机器人助手还可以减少医生在持续数小时的手术中所经历的疲劳。外科医生在长时间的手术中可能会变得精疲力竭，因此可能会经历手部震颤。即使是最稳定的人手也无法与手术机器人相媲美。工程师对机器人手术系统进行编程，以补偿如果医生的手颤抖，计算机会忽略它，并保持机械手臂稳定。

让我们看看机器人手术的不同方法，从下一节的监督控制系统开始。

在三种机器人手术中，监督控制系统自动化程度最高。但这并不意味着这些机器人可以在没有人类指导的情况下进行手术。事实上，外科医生必须在手术前为病人做大量的准备工作机器人可以操作。

这是因为监督控制系统在进行手术时遵循一套特定的指令。人类外科医生必须向机器人输入数据，然后机器人启动一系列受控的动作，完成手术。没有出错的余地——如果出了问题，这些机器人无法实时做出调整。外科医生必须监视机器人的行动，并准备好在事情没有按计划进行时进行干预。

外科医生可能希望使用这种系统的原因是它们可以非常精确，这反过来意味着可以减少患者的创伤，缩短恢复期。这些机器人的一个常见用途是髋关节和膝关节置换手术。机器人的工作是钻取现有的骨头，以便植入物能紧贴新的关节。

因为没有两个人有完全相同的身体结构，所以不可能有一个标准的程序让机器人遵循。这意味着外科医生必须地图彻底检查病人的身体，使机器人以正确的方式移动。他们通过一个叫做计划,登记和航行(来源:布朗大学)。

在计划阶段，外科医生对患者的身体进行拍照，以确定正确的手术入路。常见的成像方法包括计算机断层摄影(CT)扫描,磁共振成像（MRI）扫描，超声,透视和x射线扫描。在某些手术中，外科医生可能需要在患者的骨骼中放置针，作为计算机的标记或导航点。一旦外科医生为患者成像，他或她必须确定机器人将采取的手术路径。

外科医生必须告诉机器人正确的手术路径是什么。机器人不能自己做这些决定。一旦外科医生给机器人编程，它就能准确地执行指令。

下一步是注册。在这个阶段，外科医生在病人的身体上找到与计划阶段创建的图像相对应的点。外科医生必须精确匹配这些点，以便机器人准确无误地完成手术。

最后一个阶段是导航。这涉及到实际的手术。外科医生必须首先对机器人和患者进行定位，以便机器人所做的每一个动作都符合其编程路径中的信息。一旦每个人都准备好了，外科医生就会启动机器人，机器人执行指令。

下一种机器人只能在人类外科医生的指导下工作。让我们进入下一节，了解达芬奇手术系统。

达芬奇手术系统是Intuitive Surgical公司的一款产品，它可能是世界上最著名的机器人手术设备。它属于远程医疗设备的范畴，意思是由一个人指导机器人的动作。在某种程度上，这使得机器人一套非常昂贵的高科技工具。

2000年7月11日，美国食品和药物管理局(FDA)批准达芬奇手术系统用于腹腔镜这使得它成为美国第一个允许在手术室使用的机器人系统。达·芬奇使用的技术使人类外科医生能够比人类的视力更接近手术部位，而且比传统手术允许的规模更小。这个价值150万美元的达芬奇系统由两个主要部分组成:

在使用达芬奇进行外科手术时，人类外科医生会在患者腹部做三到四个切口（取决于模型的手臂数量）——不大于铅笔直径——这样外科医生就可以插入三到四根不锈钢棒。机械臂将杆固定到位。其中一根杆内有两个内窥镜摄像头，可提供立体的而其他的杆状体有手术器械，能够解剖和缝合组织。与传统手术不同，医生不直接接触这些手术器械。

坐在操作台几英尺外的控制台上，外科医生看着取景器，检查病人体内的摄像机发送的3d图像。这些图像显示了手术部位和安装在手术棒顶端的两三个手术器械。外科医生使用位于屏幕下方的操纵杆式控制来操作手术器械。每当外科医生移动其中一个操纵杆时，计算机就会向其中一个仪器发送电子信号，该信号会与外科医生的手同步移动。外科医生和机器人一起工作，可以完成完整的手术，而不需要大的切口。手术完成后，外科医生将杆状体从患者体内取出，并关闭切口。

最后一类机器人手术设备是共享控制系统。我们将在下一页了解更多关于这种机器人的信息。

共享控制机器人系统在手术期间帮助外科医生，但大部分工作是由人类完成的。与其他机器人系统不同，外科医生必须自己操作手术器械。机器人系统监控外科医生的表现，并通过以下方式提供稳定性和支持：主动约束．

主动约束是一个概念，它依赖于将患者的区域定义为四种可能性之一：安全,关,边界或被禁止的．外科医生将安全区域定义为手术的主要焦点。例如，在骨科手术中，安全区域可能是患者髋部的某个特定部位。安全区域没有边界软组织．

在骨科手术中，闭合区域是与软组织相邻的区域。由于矫形外科手术工具会对软组织造成大量损伤，因此机器人限制了外科医生可以操作的区域。它通过提供触觉反应，也称为力反馈。当外科医生靠近软组织时，机器人会把外科医生的手推回去。

当外科医生靠近软组织时，器械就进入边界区域。在这一点上，机器人将提供更大的阻力，表明外科医生应该离开那个区域。如果外科医生继续向软组织切割，机器人就会锁定位置。从那以后的一切都是禁区。

和我们所看到的其他机器人一样，共享控制系统机器人不会自动知道安全区域和禁止区域之间的区别。外科医生必须首先与患者一起经历计划、注册和导航阶段。只有将这些信息输入机器人的系统后，机器人才能提供指导。

在三种机器人手术系统中，远程手术方法最受关注。达芬奇手术系统的成功吸引了医生和媒体的关注。我们可能会看到更多共享控制和监控系统的例子。

尽管外科手术机器人比人类的手有一些优势，但我们离自主机器人在没有人机交互的情况下对人进行手术的日子还有很长的路要走。但是，随着技术的进步计算机在电力和人工智能的共同作用下，本世纪科学家们可能会设计出一种机器人，这种机器人可以在没有任何人类指导的情况下定位人体内的异常情况，分析异常情况，并进行操作以纠正这些异常情况。

要了解更多关于机器人、医学和相关主题的信息，请看下一页的链接。