国产机器人：完成首例超远程手术，打破国外2000万手术机器人垄断

        本文笔者就这个话题展开较为深入的论述，文中如有阐述不恰当的地方，还请各位读者多指正和担待。

　　1961年，美国通用汽车公司的生产装配线上出现了世界上第一个工业机器人（Unimate）的身影，主要用于替代人工完成相对危险的任务，例如在装配线上运输零件、给汽车焊接零件等。虽然这款工业机器人功能相对有限，但不得不说这为机械臂在工业领域的应用提供了参考思路。随后的1963年，美国一家医院设计了一款辅助行动不便的病人移动的机器人（RanchoArm），确切来说，也不是严格意义上的智能机器人，是由6个环节组成的灵活机械臂。

　　汽车装配

　　RanchoArm机器人虽然谈不上对医疗领域的意义有多大，但从某种程度上来说，其依然是机器人在医疗领域的大胆尝试。

　　关于机器人最早的设想可以追溯到2000多年前，亚里士多德就曾有这样一段描述，“若工具能够预判人的想法，而且自然而然去做最合适的工作”。近代以来，随着第三次工业革命的爆发，人们对机器人的设想越来越多，逐渐的也衍生出来工业机器人、服务机器人和特殊机器人三类。

　　达芬奇手术机器人

　　21世纪以来，随着医学成像和计算机技术的快速发展，医疗机器人开启了“遍地开花”似的发展。但严格意义上的医疗机器人的历史很短，只有30年左右的时间，1988年，人类前列腺手术中首次使用PUMA560机器人，由此正式开启了医疗机器人时代。

　　很多人不解的是，如今医学技术已相当成熟，为何还要依赖医疗机器人又或者说发展医疗机器人有何作用。

　　首先，医疗机器人可以提高诊疗效果。拿外科手术来说，医生凭借各类医学影像、临床经验和专业知识进行术前准备。在正式手术之前，医生在脑海中会大致规划出手术路径，这对于微创手术来说，挑战极大。

　　医学影像

　　因为依靠人脑面临准确率和风险性不足的问题，但是手术机器人却可以做的比人更好，原因很简单，后者依靠各类先进算法和智能传感器，而且还具有实时成像功能，极大提高了对整个手术风险的把控能力。

　　其次，提高手术的精度。在手术机器人的辅助下，手术精度大大提高，对于患者来说，其创伤会更小，这对于术后患者快速恢复很关键。

　　综上，手术机器人在医疗领域有不可替代的位置，而且随着相关传感器技术、计算机技术和机械臂的发展，可以预见的是未来医疗机器人将会发挥更大的作用。

　　手术进行中

　　在医疗机器人领域，美国达芬奇手术机器人处于综合性能绝对领先的地位。

　　2006年，北京301医院引进了国内第一台达芬奇手术机器人，在之后的很多年间，达芬奇手术机器人在国内几乎没有对手，相关技术对外严格保密，而且售价更是超过了2000万，时至今日，达芬奇手术机器人依然处于相对垄断的地位。

　　（a）daVi

　　达芬奇手术机器人由美国IntuitiveSurgical公司于2000年研发成功，在此后的多年里，该手术机器人历经了三次性能改良，如今使用的是第四代达芬奇手术机器人。相对于前几代，在综合性能上，有很大提升，例如其具备了更加智能的图像处理功能，而且成像系统可以多角度转换，真正实现“全方位、无死角”实时跟踪。

　　达芬奇机器人手术系统在全球的装机情况

　　根据最新的统计数据来看，仅2020年，利用达芬奇手术机器人完成的手术数量保守估计在120万台以上，使用频率更是达到了25.4秒。

　　达芬奇手术机器人到底有何过人之处。首先是其强大的三维立体成像技术，该机器人通过两个高清相机，可创建放大10倍的三维立体模型。美国在这方面有雄厚的技术基础，因为双目立体视觉技术的发展就起源于美国，早在1963年的时候，麻省理工大学就进行了相关方面的研究，而且取得了一定的技术突破。在10倍三维立体模型下，手术中便可以完成更精细化的操作。

　　达芬奇机器人机械臂活动度示意图

　　此外，强大的仿真手腕可以360°灵活穿行。在实际手术中，强大的机械臂可以完全复制人手的各种复杂动作，机械臂上的器械头可通过钥匙扣大小的面积进入人体组织进而完成手术。

　　达芬奇手术机器人系统专用器械

　　笔者认为之所以达芬奇手术机器人之所以能处于垄断的地位，和其核心算法控制部分有很大关系，因为相对来说突破硬件方面的难度要小于软件。

　　例如对手术机器人来说最关键的手术环境感知性能，其说白了就是图像切割和识别能力，再结合智能算法进行特征提取和显示，然而类似的算法有多种，如卷积神经网络、随机森林算法等，何种算法最佳、算法参数如何调整都是不小的难题。从一定程度上来说，核心算法的性能决定了手术机器人的能力，但算法的突破难度较大，没有长时间的基础性研究很难做到。

　　算法

　　回到文章开头，我国在浙江完成首例5G超远程机器人手术，从客观角度来说，此次手术的成功意味着我国在手术机器人方面的技术有了关键突破，其次，也说明我国在远程通信数据传输方面强大的能力，因为这是构建远程手术机器人系统的前提条件。

　　在远程手术方面，美国最早开始进行研究，而且在伊拉克战争中，已有所体现。当时为了让前线士兵第一时间得到救治，同时又尽最大可能保证医生的安全，就开创了所谓的“前线外科手术”。

　　四臂腔镜手术机器人

　　此次我国5G超远程手术，其更大的意义在于打破以达芬奇手术机器人为例的他国手术机器人对我国的技术垄断。手术中使用的四臂腔镜手术机器人在成像能力方面，采用三维电子高清视觉系统，同时具备力感告警能力，而且协助国内众多手术机器人完成高难度的手术。

　　麻省理工大学

　　在这里，笔者想说的还有一点，为何美国能在众多领域走在前面，笔者认为最重要的一点是其在基础性研究领域取得的成果，此外，大学的研究创新能力依然不能忽视，举个例子，达芬奇手术机器人系统的研制成功，麻省理工大学曾发挥了关键作用。随着我国相关技术的逐步成熟，笔者相信未来一定会有性能更优异的国产手术机器人问世。