机器人可帮助提取人体内部组织

机器人可帮助提取人体内部组织

以色列理工学院今日称，该院机械工程系的沙哈姆教授研制出一种微型机器人，用它来操纵具有柔性的针，可以绕过人体内部的各种障碍，准确到达指定地点，获取该处肌体组织。

通常情况下，如果需要对病人身体内部某处的肌体组织进行切片检查时，医生一般会用一根针插入到病人体内，来提取该处的组织。但是，在插针提取组织的过程中，由于皮肤、肌肉和病人本身的移动等，使得医生很难准确地将针插到位。沙哈姆教授及其指导的博士生研制出一种微型机器人，它可以握住柔性细针的底端，操纵着针在人体内部运行，不仅可以克服外部因素干扰，而且可以绕过肌体内部的障碍（如覆盖部位周边的众多血管等），精确到达医生指定的地点，进行取物。

沙哈姆认为，医学上对切片检查的要求越来越严，需要严格按照指定的位置来提取肌体组织。“我们所发明的机器人通过使用传感器获取数据，再按照数学模型进行工作，完全可以按照医生的要求，使针头精确地到达指定地点，提取肌体组织。”

这是沙哈姆教授第二次发明医用机器人，过去他还发明过用于背部手术的机器人。

机器人有什么用途？

一、医疗行业

在医疗行业中，许多疾病都不能只靠口服外敷药物治疗，只有将药物直接作用于病灶上或是切除病灶才能达到治疗的效果，现代医疗手段最常使用的方法就是手术，然而人体生理组织有许多极为复杂精细而又特别脆弱的地方；

人的手动操作精度不足以安全的处理这些部位的病变，但是这些部位的疾病都是非常危险的，如果不加以干预，后果是非常致命的。

随着科技的进展，这些问题逐渐得到解决，微型机器人的问世为这一问题提供了解决的方法，微型机器人由高密度纳米集成电路芯片为主体，拥有不亚于大型机器人的运算能力和工作能力且可以远程操控，其微小的体积可以进入人的血管，并在不对人体造成损伤的情况下进行治疗和清理病灶。

还可以实时的向外界反馈人体内部的情况，方便医生及时做出判断和制定医疗计划。

有些疾病的检查和治疗手段会给患者造成大量的痛苦，比如胃镜，利用微型机器人就可以在避免增加患者痛苦的前提下完成身体内部的健康检查。目前制约微型机器人发展的关键因素在于成本非常昂贵，稀有金属的替代品的寻找将成为未来发展的重要方向。

二、军事行业

将机器人最早应用于军事行业始于二战时期的美国，为了减少人员的伤亡，作战任务执行前都会先派出侦查无人机到前方打探敌情。在两军作战的时候，能够先一步了解敌人的动向要比单纯增加兵力有用得多。

随着科技的进步，战争机器人在军事领域的应用越来越广泛，从最初的侦查探测逐渐拓展到战斗和拆除行动。

利用无人机制敌于千里之外成为军事战略的首选，拆弹机器人可以精确的拆弹排弹，避免了拆弹兵在战斗中的伤亡。拥有完备的军事机器人系统逐渐成为一个现代强国必不可少的发展部分。

三、教育行业

教育机器人是一个新兴的概念，多年来，机器人领域的技术发展研究方向都是如何应用于生活中代替人们完成体力或是危险工作，而教育机器人则是以机器人为媒介，对人进行教育或是对机器人进行编程完成学习目标。

教育机器人作为一个新兴产业，发展非常迅速，其主要形式为一些机器人启蒙教育工作室，对儿童到青年不同的人群进行机器人组装调试编程控制等方面的教学。

大型的教育机器人公司也会承办一些从小学到大学组的机器人竞赛，通常包含窄足、交叉足场地竞步，体操表演比赛。对于机器人的推广有着极为重要的作用。

四、生产生活

工厂制造业的发展历程十分久远，最初的工厂都是以手工业为主，后来逐渐发展成手工与机床结合的生产方式。现代社会的供给需求对生产力的要求越来越高，工厂对于人力成本方面的问题也一直难以攻克，尤其对于工作人员的管理和安全保障是最为难办的问题。

对于一些会产生有毒有害气体粉尘或是有些爆炸和触电风险的工作场合，机械臂凭借着良好的仿生学结构可以代替人手完成几乎全部的动作。为了适应大规模的批量生产，零散的机械臂逐渐发展组合成完整的生产流水线，工人只需要进行简单的操作和分拣包装，其余的工作全部都由生产流水线自动完成。

随着技术的成熟，机器人和人们的生活的关系越来越密切，智能家居成为当下非常热门的话题，扫地机器人算是智能家居推广的先行者，将机器人技术引入住宅可以使生活更加安全舒心，尤其家里有老人和儿童，智能的家居和家政机器人可以起到自动操作调整模式并保障安全的作用。

未来发展及趋势

已经出现了各种技术来发展机器人和机器人科学。一种方法是进化机器人，其中提交了许多不同的机器人进行测试。那些表现最好的被用作模型来创建随后的“一代”机器人。

另一种方法是发展机器人学，它跟踪单个机器人在解决问题和其他功能方面的变化和发展。另一种新型机器人最近刚刚推出，它既可用作智能手机又可用作机器人，名为 RoboHon。

随着机器人变得越来越先进，最终可能会有一个主要为机器人设计的标准计算机操作系统。机器人操作系统是斯坦福大学、麻省理工学院和德国慕尼黑工业大学等正在开发的一套开源程序。

ROS 提供了对机器人导航和四肢进行编程的方法，而不管所涉及的具体硬件如何。它还为图像识别等项目提供高级命令甚至开门。

当 ROS 在机器人的计算机上启动时，它会获取机器人四肢长度和运动等属性的数据。它会将这些数据传递给更高级别的算法。微软还在其 Robotics Developer Studio 开发“Windows for robots”系统，该系统自 2007 年开始可用。

日本希望到 2025 年实现服务机器人的全面商业化。日本的许多技术研究都是由日本政府机构，特别是贸易部领导的。

机器人技术的许多未来应用对人们来说似乎是显而易见的，尽管它们远远超出了预测时可用的机器人的能力。

2008 年，卡特彼勒公司开发了一种无需人工操作即可自行驾驶的自卸卡车。许多分析人士认为，自动驾驶卡车最终可能会彻底改变物流。到 2014 年，卡特彼勒拥有一辆自动驾驶自卸卡车，预计将极大地改变采矿过程。

2015 年，这些卡特彼勒卡车被澳大利亚力拓矿业公司积极用于澳大利亚的采矿作业。一些分析家认为，在未来几十年内，大多数卡车将实现自动驾驶。

名为 Marge 的识字或“阅读机器人”具有来自软件的智能。她可以阅读报纸，查找并纠正拼写错误的单词，了解巴克莱等银行，并了解一些餐厅比其他餐厅更适合用餐。

Baxter是 2012 年推出的一款通过引导学习的新型机器人。工人可以通过以所需的动作移动手并让 Baxter 记住它们来教 Baxter 如何执行任务。Baxter 的手臂上有额外的转盘、按钮和控件，以获得更高的精度和功能。

任何普通工人都可以对 Baxter 进行编程，而且只需几分钟的时间，这与需要使用大量程序和编码的普通工业机器人不同。

这意味着百特无需编程即可操作。不需要软件工程师。这也意味着可以教会 Baxter 执行多项更复杂的任务。Sawyer 于 2015 年添加，用于更小、更精确的任务。

以上内容参考?-机器人

机器人的原理？身体构造

机器人
Robot译作机器人

欧美国家认为：机器人应该是由计算机控制的通过编排程序具有可以变更的多功能的自动机械，但是日本不同意这种说法。日本人认为“机器人就是任何高级的自动机械”，这就把那种尚需一个人操纵的机械手包括进去了。因此，很多日本人概念中的机器人，并不是欧美人所定义的。

现在，国际上对机器人的概念已经逐渐趋近一致。一般说来，人们都可以接受这种说法，即机器人是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。联合国标准化组织采纳了美国机器人协会给机器人下的定义：“一种可编程和多功能的，用来搬运材料、零件、工具的操作机；或是为了执行不同的任务而具有可改变和可编程动作的专门系统。”

机器人能力的评价标准包括：智能，指感觉和感知，包括记忆、运算、比较、鉴别、判断、决策、学习和逻辑推理等；机能，指变通性、通用性或空间占有性等；物理能，指力、速度、连续运行能力、可靠性、联用性、寿命等。因此，可以说机器人是具有生物功能的空间三维坐标机器。

20世纪的伟大发明

随着2001年新年钟声的敲响，人们迈着坚实的步伐跨进了21世纪。站在世纪之交的门槛，回顾过去，展望未来，我们心潮澎湃、思绪万千……

20世纪，人类取得了辉煌的成就，从量子理论、相对论的创立，原子能的应用，脱氧核糖核酸双螺旋结构的发现，到信息技术的腾飞，人类基因组工作草图的绘就，世界科技发生了深刻的变革。信息技术、生物技术、新材料技术、先进制造技术、海洋技术、航空航天技术等都取得了重大突破，极大地提高了社会生产力。

机器人技术作为20世纪人类最伟大的发明之一，自60年代初问世以来，经历40年的发展已取得长足的进步。工业机器人在经历了诞生——成长——成熟期后，已成为制造业中不可少的核心装备，世界上有约75万台工业机器人正与工人朋友并肩战斗在各条战线上。特种机器人作为机器人家族的后起之秀，由于其用途广泛而大有后来居上之势，仿人形机器人、农业机器人、服务机器人、水下机器人、医疗机器人、军用机器人、娱乐机器人等各种用途的特种机器人纷纷面世，而且正以飞快的速度向实用化迈进。

人们常常会问为什么要发展机器人？我们说机器人的出现并高速发展是社会和经济发展的必然，是为了提高社会的生产水平和人类的生活质量，让机器人替人们干那些人干不了、干不好的工作。在现实生活中有些工作会对人体造成伤害，比如喷漆、重物搬运等；有些工作要求质量很高，人难以长时间胜任，比如汽车焊接、精密装配等；有些工作人无法身临其境，比如火山探险、深海探密、空间探索等；有些工作不适合人去干，比如一些恶劣的环境、一些枯燥单调的重复性劳作等；这些都是机器人大显身手的地方。服务机器人还可以为您治病保健、保洁保安；水下机器人可以帮助打捞沉船、铺设电缆；工程机器人可以上山入地、开洞筑路；农业机器人可以耕耘播种、施肥除虫；军用机器人可以冲锋陷阵、排雷排弹……

现在社会上对机器人有很多迷惑，有人认为机器人无所不能。这些朋友是从电影、电视、小说中认识机器人的，他们眼中的机器人是神通广大的万能机器，当他们看到现实的机器人时，他们会认为现在的机器人太普通，不能称之为机器人。有人认为机器人是人，形状必须像人，不像人怎么能叫机器人，然而现实中绝大多数的机器人样子不像人，这使很多机器人爱好者大失所望。还有人认为机器人上岗，工人就会下岗，无形中把机器人当成了竞争对手，他们没有想到机器人会为人做许多有益的事情，会推动产业的发展，给人类创造更多的就业机会。

机器人的定义

在科技界，科学家会给每一个科技术语一个明确的定义，但机器人问世已有几十年，机器人的定义仍然仁者见仁，智者见智，没有一个统一的意见。原因之一是机器人还在发展，新的机型，新的功能不断涌现。根本原因主要是因为机器人涉及到了人的概念，成为一个难以回答的哲学问题。就像机器人一词最早诞生于科幻小说之中一样，人们对机器人充满了幻想。也许正是由于机器人定义的模糊，才给了人们充分的想象和创造空间。
分类名称
简要解释

操作型机器人
能自动控制，可重复编程，多功能，有几个自由度，可固定或运动，用于相关自动化系统中。

程控型机器人
按预先要求的顺序及条件，依次控制机器人的机械动作。

示教再现型机器人
通过引导或其它方式，先教会机器人动作，输入工作程序，机器人则自动重复进行作业。

数控型机器人
不必使机器人动作，通过数值、语言等对机器人进行示教，机器人根据示教后的信息进行作业。

感觉控制型机器人
利用传感器获取的信息控制机器人的动作。

适应控制型机器人
机器人能适应环境的变化，控制其自身的行动。

学习控制型机器人
机器人能“体会”工作的经验，具有一定的学习功能，并将所“学”的经验用于工作中。

智能机器人
以人工智能决定其行动的机器人。

我国的机器人专家从应用环境出发，将机器人分为两大类，即工业机器人和特种机器人。所谓工业机器人就是面向工业领域的多关节机械手或多自由度机器人。而特种机器人则是除工业机器人之外的、用于非制造业并服务于人类的各种先进机器人，包括：服务机器人、水下机器人、娱乐机器人、军用机器人、农业机器人、机器人化机器等。在特种机器人中，有些分支发展很快，有独立成体系的趋势，如服务机器人、水下机器人、军用机器人、微操作机器人等。目前，国际上的机器人学者，从应用环境出发将机器人也分为两类：制造环境下的工业机器人和非制造环境下的服务与仿人型机器人，这和我国的分类是一致的。

空中机器人又叫无人机，近年来在军用机器人家族中，无人机是科研活动最活跃、技术进步最大、研究及采购经费投入最多、实战经验最丰富的领域。80多年来，世界无人机的发展基本上是以美国为主线向前推进的，无论从技术水平还是无人机的种类和数量来看，美国均居世界之首位。

“别动队”无人机

纵观无人机发展的历史，可以说现代战争是推动无人机发展的动力。而无人机对现代战争的影响也越来越大。一次和二次世界大战期间，尽管出现并使用了无人机，但由于技术水平低下，无人机并未发挥重大作用。朝鲜战争中美国使用了无人侦察机和攻击机，不过数量有限。在随后的越南战争、中东战争中无人机已成为必不可少的武器系统。而在海湾战争、波黑战争及科索沃战争中无人机更成了主要的侦察机种。

法国“红隼”无人机

越南战争期间美国空军损失惨重，被击落飞机2500架，飞行员死亡5000多名，美国国内舆论哗然。为此美国空军较多地使用了无人机。如“水牛猎手”无人机在北越上空执行任务2500多次，超低空拍摄照片，损伤率仅4％。AQM-34Q型147火蜂无人机飞行500多次，进行电子窃听、电台干扰、抛撒金属箔条及为有人飞机开辟通道等。

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小身材大能量？揭秘纳米机器人的厉害之处

日前，北京大学工学院段慧玲教授课题组在智能微纳米变体机器人设计理论、材料和结构研制及功能化研究等方面取得重要进展，这是该团队第一次真正实现了在纳米尺度上可直接进行3D到3D复杂变形的智能变体结构，并提出了4D微纳米打印技术。

纳米级究竟是什么概念呢？我们肉眼可见的数量级是毫米级，如果想要看见纳米机器人，就需要用显微镜放大一百万倍。

什么是纳米机器人？

纳米机器人是一种在纳米或分子级别下可以被操控的机器，属于分子仿生学范畴。其“纳米”有两层含义——一方面是物理尺寸上达到纳米级的机器人，另一方面是用于执行纳米操作的机器人。

关于纳米机器人的研究目前还停留在第一阶段，即单纯的生物和机械结合体，它更多指向在医学方面进行 健康 检查和疾病治疗的纳米机器人。在研究人员设想的第二阶段，纳米机器人可以直接由原子或分子装配成具有某种特定功能的装置，并完成复杂的纳米级任务。在第三阶段，纳米机器人则是人工智能与纳米器械的结合。

如何制造纳米机器人？

制造纳米机器人，目前有物理和化学两种方法。物理方法是指制造纳米级精度的芯片所用到的光刻技术；而化学方法就是用化学物质合成分子零件。

制造出机器后，下一步就是让纳米机器人“跑”起来。在微观世界中，摩擦力、布朗运动等外因会对纳米机器人造成“降维打击”，因此驱动环节的实现十分困难。但正所谓办法总比困难多，研究人员也分别给出了各自领域的解决方法——物理上可以由磁场、电场作用产生动力；化学上可以依靠化学反应产生的能量来驱动前行；而从生物的角度，DNA纳米机器人的驱动依靠两条DNA结合链，当一条链和生物体内的DNA单链结合时，另一条链就是自由的，分子运动会让自由的结合链随机与另一根生物体内的DNA单链配对，这就相当于人类的双脚行走，从而实现空间的移动。

纳米机器人的应用

目前，纳米机器人在生物医学领域的应用较为广泛。一方面纳米机器人可以通过识别人体内部一些化学信号的变化，对疾病进行诊断，帮助医生在病人病情恶化前提供更有效的治疗方案。另一方面，纳米机器人被认为是最精准的靶向治疗方式。它可以通过靶向精准定位，辨析细胞好坏，精准的将装载药物作用于癌细胞。此外，纳米机器人还有协助外科手术等功能。

毫无疑问，未来纳米机器人将被运用于更多生活场景，或许它小小的身材释放的巨大能量来改变人类的工作、生活方式。(刘怡恋)

指导老师：中国传媒大学副教授于晗

外科医生需要什么样的智能手术机器人？｜医生专栏

随着智能化和机械化时代的到来，机器人在医疗领域也有着越来越多的应用场景，比如机器人辅助影像学阅片，比如机器人辅助瘫痪患者康复锻炼，比如机器人代替护士为患者发送药物等等。其中在外科领域，近年来手术机器人产业也如雨后春笋一般蓬勃发展， 包括以达芬奇为代表的软组织手术机器人，和骨科手术机器人为代表的硬组织导航手术机器人。

各种手术机器人都有着其独特的设计初衷与思路，通过不同的工科手段控制机器臂，辅助完成部分/全部临床手术操作，满足不同的临床手术需求，希望通过机器臂辅助增加外科手术的精准性，达到提高手术疗效、减少手术相关并发症、缩短手术时间的目的。

不同的机器人原理不尽相同，从外观到内部构造差异巨大，作为一名医生，这不是我的专业，无法准确做出评价。 但外科医生是使用操作机器人的主体，医生肯定希望机器人产品好用、实用。 那不如我们换一个角度，外科医生需要什么样的智能手术机器人呢？我们的需求是否有什么共通之处呢？是否我们的需求有着共同的解决办法呢？下面我就从这个方面谈谈我的想法。

01

智能化手术机器人的层次

在讨论我们外科医生需要什么样的手术机器人前， 我觉得有必要把“机器人”进行一些层次的划分，不同层次的机器人满足不同层次的需求，在不同的临床层次上进行应用。

（一）层次1，机器。 机器具有这么几个特点：

第一，重复性， 机器可以按照指令反复完成重复性操作，保证每次操作的准确性和一致性，重复性操作中每次操作的差异很小。

第二，无疲劳性， 机器主要靠电能驱动，无疲劳感，每次操作的力度均匀一致，不像人力操作，重复多次操作后会产生体力和精神上的疲劳感。

第三，稳定性， 机器拥有足够的稳定性，在完成某些精细操作时比人力稳定性更强，人力会受到肌肉的力量、耐力、协调性等影响。

第四，准确性， 机器会根据设定好的空间坐标系，准确的从A点移动至B点，或找到空间坐标系中的任意一点，而人力不论是从A点到B点的移动，或寻找任意一点，都需要较强的空间方位感。

（二）层次2，机器人： 当从层次1的机器进化到层次2的机器人时，就要具备一些特殊的能力。人除了有灵活活动的肢体外，还有视觉、听觉、触觉等感知觉。

因此我觉得机器人这个层次，应该也同样具有这些感知觉，比如机器人 拥有视觉， 可以主动监视机械臂的空间运动轨迹，或者把人体组织进行放大显示，或者通过虚拟影像将重要组织（如肿瘤组织、血管、神经等）进行显示；具有听觉， 可以接受操作者的语音指令信息；具有触觉， 即力学反馈，告知操作者是否触及人体组织，及触及了什么质地的人体组织。

（三）层次3，智能机器人： 当从层次2的机器人进化到层次3的智能机器人时，无疑是要给机器人系统赋予人工智能。

机器人可以具有一定的思维能力， 比如纠错能力，当机器人的视觉系统收集信息，发现机器臂没有按照既定轨迹进行运转操作时，及时报警或停止操作；比如规划能力， 机器人可以预先设计好机器臂的运动轨迹，并提交操作者进行判断是否准确可行；比如分析能力， 机器人可以通过听觉系统识别操作者的命令要求，可以通过触觉系统识别触碰到的人体组织类型。

由此可见，当“机器人”每进化一个层次，它都更像一个真正的“人”而非单纯机械，都会具有更加强大的功能，也能为操作者（外科医生）提供更好的帮助，其应用场景也就更加广泛。 但目前为止，我觉得临床上现有这些机器人都处于第一个及部分第二个层次，这就限制了其临床应用。

02

外科医生需要什么样的智能化手术机器人

追求更高层次的机器人，肯定能更好的服务于临床。但具体上，外科医生需要什么样的机器人呢？外科医生对机器人有什么具体要求呢？要回答这个问题， 首先要明确一点，我们到底需要一个独立完成手术的机器人、医生仅仅作为旁观者和监控者，还是需要一个辅助完成手术的机器人、医生还是作为主导者和操作者。

不能否认，随着技术的发展，未来的某一天，机器人可以通过伦理，独立完成手术操作，但就目前短期来看，恐怕我们还是需要后者更多一些。如果按照这个思路去想，外科医生到底需要什么样子的机器人呢？既然医生是操作者，机器人是辅助者，那就像手术台上主刀和助手的区别。我想一个优秀的手术助手的标准，就可以作为机器人的需求标准。

我现在是北京市三甲医院的副主任医师，既当过学生做过助手，也作为主刀医生要求过我的助手。下面我就通过自身体会，结合机器人特点，谈一谈我对一个好的手术“助手”的认识和需求。手术助手分为一助、二助、三助、甚至四助，机器人刚才说了同样分为不同的层次，两者之间有很多相互对应的地方。

（一）清晰的暴露手术术野： 开放手术助手需要将皮肤、皮下组织、筋膜肌肉向周围牵开，显露需要进行手术的关键解剖部位，在外科中俗称“拉钩”；腔镜手术由于存在各种工作通道，助手不需要牵拉肌肉，但需要保持腔镜镜头的稳定，对准需要进行手术的关键解剖部位，在外科中俗称“扶镜子”；同时清晰的显露手术术野还包括吸引器吸血等。

这些操作往往由三助、四助，即低年资医师完成。可是别小看这些操作，保持术野清晰是提高手术速度、保证手术精准的前提要素。许多大外科主任腔镜手术都有“御用”“扶镜子”的助手；我在当低年资医生时第一次得到我师父的赏识，也是由于一次手术过程中准确的“拉钩”，显露出关键的解剖部位，我师父说我看懂这种手术了，知道上级医师需要什么。

但就像上面我谈到的，人力是会疲劳的，助手的手部力量不足，或术中注意力不集中，会导致“拉钩”拉不到位，“扶镜子”扶不稳，从而影响手术进度。而机器臂方面则可以克服这些不足，机械臂不会疲劳，可以提供持续、恒定的牵引力或把持力；机械臂还可以比人手更加灵活，通过增加机械臂的关节，术者可以根据自己需要随意调整用力方向，更好的满足手术需要。同时可以引入智能化，如自动追踪术者手术操作部位，调整机械臂的方向角度；通过术者语音控制，调整机械臂角度；自动识别出血，进行吸血操作等。

（二）精准化操作： 不论是主刀，还是助手（特别是一助），都需要精准化的操作，外科医生最基本的素质就是胆大、心细、手巧，其中手巧就表现在精细化的操作。

就拿我们脊柱外科医生行腰椎减压手术为例，有些部位减压、骨质去除操作（如去除棘突、部分椎板、下关节突等）可以大刀阔斧，但一旦到了神经周围，如去除椎板内层和黄韧带、去除上关节突、扩大神经根管，这些操作就要精雕细琢。

这其中机器人可以进行参与很多，一些风险性低、重复性强的操作可以交给机器人完成，如将椎板逐层磨削、打薄；而一些风险性高的操作可由机器人辅助完成，如机械臂可以通过规划定位，或光电感受器，寻找硬膜、神经根位置和走行，协助术者避开神经根，从相对安全的位置开始进行减压操作，逐步扩大减压范围。

外科医生手术中还很强调手感，比如我们脊柱外科医生行椎弓根钉置入过程中，需要靠开路锥感受椎弓根内的松质骨，锥子进入的过程中会有一种“踏雪感”，如果阻力突然增加，那有可能触碰到了椎弓根的皮质，需要调整方向，如果阻力突然消失，那有可能穿破了椎弓根的皮质，造成置钉失败或灾难性的损伤。

机器人辅助置钉也可以按此思路进行新的手术器械的研发，机器人可以带有触觉功能，即通过各种应力或光电传感器，感受应力或电信号的变化，并将这些数据反馈给机器人，从而由机器人判断螺钉是否穿破椎弓根皮质。

（三）更好的显示效果： 主刀或者助手（特别是一助）还希望术中有更好的视觉显示效果，能够清晰的显示手术部位的重要解剖结构（血管、神经、肿瘤瘤体、骨骼解剖标志点等）。

而有些重要的血管、神经都很细小，人肉眼的分辨率是有限的，加上外科医生可能存在各种视力问题（如近视、散光、老花等），这些因素都会影响医生的判断，造成血管、神经损伤。

临床上目前通过各种术中设备将这些重要结构放大显示，如脊柱外科、耳鼻喉科、血管科医生应用的镶嵌式放大镜，神经外科医生应用的显微镜，普外科、泌尿科、胸外科、妇产科医生应用的腹腔镜，骨科关节镜、脊柱内镜等，都是通过不同的设备将术野放大，清晰的显示原本细小的解剖结构，达到提高手术精度的目的。

术野放大的好处是手术细节的清晰度增加，但缺点是观察范围的缩小。 机器人可以整合这些设备，通过不同的临床需求调整最适宜的放大率，并通过机械臂的高自由度调整最佳观察角度，为医生提供最佳的术野显示。 有时外科医生还需要有一双“透视眼”，比如肺恶性肿瘤都藏匿于正常肺组织内，突出的椎间盘位于脊髓、神经根下方，医生需要通过自身经验和术前影像学检查，判断病变组织位置。

就拿我们脊柱外科为例，就是最常见的腰椎间盘突出症手术，我们外科医生首先需要去除部分椎板和关节突，切开黄韧带，分离开神经根，才能看见突出的椎间盘。这些操作每一步都存在很多“陷阱”。

骨质去除少了影响观察，去除多了影响稳定性；黄韧带可能与下方硬膜、神经根粘连；神经根本身位置可能存在各种解剖变异；突出的椎间盘可能对神经根挤压、使神经根偏离正常位置；突出的椎间盘可能位于神经根“肩上”，也可能位于“腋下”，可能向上游离至上位椎体后缘，也可能向下游离至下位椎体后缘。

为了规避这些“陷阱”，目前大都依赖于医生对患者术前影像学资料（如CT、核磁等）的观察，通过人脑对各种组织结构进行重建，并术中根据自身经验进行分析判断。机器人对图像的重建、整合能力肯定优于人脑，可以术前准确重建出病变组织的空间位置，及其与周围正常组织的毗邻关系，并可以整合虚拟现实VR、增强现实AR等技术，通过这些技术进行术中图像输出，为术者和助手提供病变组织位置，及其与周围重要组织（血管、神经等）位置关系。

这些特殊的显示效果可以提高手术的精准度，提升手术速度效率，减少术中副损伤的发生率。 将来更加智能的机器人系统可能能自动根据术者当前操作过程提供相关的术野显示效果，并可以按照术者的要求对术野进行放大、缩小显示，或三维组织结构信息显示。

（四）空间位置提醒： 作为一名好的外科医生，除了良好的手术技巧之外，空间位置想象能力也很重要。 如刚才所述，外科医生需要通过大脑对患者术前影像学资料进行重建、整合判断病变组织位置，分析患者解剖结构有无变异，如何通过解剖标志寻找到病变组织。

比如我们脊柱外科医生行椎弓根钉置入前，需要术前分析患者CT资料，在脑海中规划置钉入点、置钉角度，患者关节突增生可能影响入点选择，椎弓根倾斜度、椎体旋转度可能影响置钉角度。脊柱外科医生行脊柱内镜手术时，内窥镜放大细节的同时会出现术野的缩小，需要准确判断内镜位置，在有限的视野内分辨重要的解剖标志点，如不准确时医生要判断需要向头、尾、内、外哪个方向调整内镜角度，满足手术需求。

脊柱外科医生行开放手术时，同样需要术者和助手具有较强的空间位置感，通过重要的解剖标志点判断需要减压的位置，如颈椎后路椎管成形术，需根据解剖形态判断椎板和关节突连接部的位置，判断磨钻使用的角度，磨钻位置过高、角度不足可能导致椎板残留，磨钻位置过低、角度过大可能导致磨入侧块内。

再如腰椎椎管减压术，需要准确判断椎板、下关节突、上关节突的相对位置关系，判断各个部分去除的范围，既保证减压充分，又尽量保留关节突、最大程度维持腰椎术后稳定性；就连最常见的腰椎间盘突出切除术，都需要准确判断椎间盘与神经根之间的关系，避免遗漏脱出的髓核。

外科医生的空间感来源于手术经验的不断积累、阅读并重建术前影像学资料能力的不断提升、以及一些空间位置感的天赋。如果术者或助手位置感不强，手术经验少，不能准确在大脑中重建出患者的影像学资料，那就会造成手术失误，或者手术时间延长。

而机器人， 特别是骨科机器人，设计上就标配有空间位置判断能力，能够根据患者术前或术中的CT扫描，获得患者重要组织结构的全部空间信息。 包括重要解剖标志点、标志点与标志点之间、标志点与手术靶点之间的空间位置关系，并将这些空间位置关系在机器人的电脑中进行合成、分析、定位。

可是就目前而言，机器人虽然存储有患者重要组织的全部空间信息，但无法100%全部输出给术者或助手，比如脊柱手术机器人，其输出的仅仅是椎弓根的信息（椎弓根钉的入点、轨迹、角度等），但其实机器人还存储有椎板的厚度、倾斜度，关节突的增生、内聚程度，椎间盘的高度，神经根的位置、走行，突出的间盘与神经根间的关系等等，这些信息对于术中减压过程很重要，对于提高手术疗效和安全性也很重要，却没有很好的将其进行输出。

如果能将这些重要组织结构的空间位置信息进行恰当的输出，通过可行的方法手段进行显示，可以弥补术者及助手空间想象力不足的缺陷，可起到事半功倍的效果。 将来更加智能化的机器人可能能自动跟踪手术进程，为术者提供当前操作步骤所需的三维空间信息。

（五）风险预警和纠错能力： 手术过程是一个术者与助手，术者与护士，术者与麻醉师交互的过程，在人与人不断的交流中可以互相提醒，查缺补漏，避免错误、失误的出现。特别是术者与助手的沟通，更显得尤为重要，好的助手可以帮助术者避免很多医疗事故的发生。

我们脊柱外科开放手术，往往是术者站在患者一侧，助手站在患者另一侧，由于观察角度的问题，骨质结构会造成视野造成干扰，术者会产生视觉盲区。比如腰椎减压手术去除上关节突这一操作，术者站在患者左侧去除左侧的上关节突，但此时残留的下关节突可能会对视野产生干扰，就像打一口井，要深入到井下打水，井壁会阻挡视线。此时助手就显得尤为重要，他站在对侧，视线不受干扰，当术者进行椎管减压，特别是神经根管减压时，助手可以帮助术者分离神经根与周围组织的粘连，协助观察手术器械（椎板咬骨钳、磨钻等）是否会对硬膜及神经根造成损伤。

助手因年资、手术经验、手术专注度等的差异，会造成风险预警和纠错能力的不同，从而直接或间接影响到手术的安全性。 此时如果引用机器人，能够通过各种机器人相关视觉系统，观察到手术全局，并在不同角度反馈给术者，术者便可以更好的掌控手术全过程。

还拿腰椎减压手术举例子，在术者同侧引入观察机器人，可以判断术者是否按照既定轨迹进行减压操作，减压范围、深度、手术器械与神经根关系都可以得到精准化、个体化控制；而在术者对侧的机器人，可以通过显示屏显示助手视野，术者在一些风险性较高的操作时可以利用对侧图像进行参考，避免副损伤的发生。

再比如椎弓根钉置入过程，术者会预先设计好螺钉置入的入点、轨迹、角度、深度等信息，并将这些信息传递给机器人，机器人可以监视整个置钉过程，当螺钉置入偏离这些预定值时即出现报警，提醒术者进行进一步判断，置钉过程是否准确。

这就像我们开车时的后视镜上的并线辅助、道路偏航提醒、倒车影像等，有经验的司机可能用不到，但在一些特殊情况下，这些风险预警和纠错能力系统可以避免很多事故的发生。 将来加入人工智能的机器人甚至可以做到人机交互，机器人对手术过程中的错误、危险进行预警，并提出相应的解决方案，使机器人更像一个拥有丰富经验的手术助手。

（六）更便捷的操作方式： 机器人需要更加便捷、符合术者习惯的操作系统。智能手机之所以能取代传统按键手机，除了智能手机采用了更强大的芯片处理器，更大量的触屏操作，更人性化的操作系统，更快的图像处理能力，更快速的网络连接外，很大程度上在于智能手机包含有更多专门为其设计的应用程序，这些应用程序方便了我们的生活，也改变了传统的手机仅仅是通讯工具这一属性。

我们前一秒钟还在看微信、刷微博，下一秒钟饿了需要各种外卖小程序进行点餐操作，或者在下一秒钟因出门办事需要打开导航小程序，又或者在下一秒钟需要听音乐放松一下而打开音乐播放器小程序。这些都拓展了手机的应用场景，使其不仅仅是打电话发短信这么简单。

机器人系统也是一样，可以整合的因素太多太多了，不应该仅仅把它当成是机械臂，或者是导航的工具。它可以根据手术进程呈现不同的应用场景，比如现在术者需要进行椎弓根置钉，那机器人可以作为导航机械臂，下一步术者需要了解脊柱畸形的程度，机器人可以呈现患者术前的三维脊柱模型，再下一步术者可能需要进行截骨矫形，机器人可以呈现出截骨方案，并预估截骨后的矫形程度。

这些可以由不同的机器人完成，当然最好是一个机器人包含不同的模块，需要哪种模块就调取哪种模块，完成不同的功能。 总之一个机器人拥有越多的功能，且拥有在不同功能间自由切换的能力，其就可能拥有更广阔的应用市场。

以上就是我从一名临床医生需求的角度，对医疗手术机器人及其发展的一些不成熟的想法和体会，这其中有些可能是向往的乌托邦，有些可能需要凝练出具体的科学问题加以解决，有些可能是需要更专业的工科设计得以实现。

20年前没有多少人会想象自己能拥有一部属于自己的手提电话机且这部手机在一天大部分时间还不用于接打电话，10年前没有多少人会想象我们用手机打电话不仅能听见对方的声音还能看见对方的面容，甚至3年前没有多少人想象到我们连开会都变成在各自手机终端上进行了。

没有多少人能预测未来，未来到底发展到什么科学技术水平，但有一点是肯定的，科学技术的发展是让我们的生活变得更加便捷、简单、高效。

同样我们医疗手术机器人也应该如此，机器人应该要使我们的手术操作变得更加简单、精准、高效，机器人的设计应该更加的小巧、便捷，机器人应该整合更多的功能和感知系统，机器人应该有更加强大的逻辑运算和人工智能，这样才能使机器人拥有更加强大的生命力和更广阔的应用场景。

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