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長久以來，醫生和患者在同一現場是進行診斷與實施手術的先決條件，正因如此許多地區由于交通不便，患者不能及時得到治療而失去了最佳的治療機會。在戰場上受傷的戰士由于搶救不及時導致死亡的更是數不勝數。這些痛苦的經歷和血的教訓使人們在積極尋求補救措施，隨之產生了遠程手術的構想，隨著機器人技術和醫療技術的不斷發展，遠程手術也隨之不斷推進和完善。 據羿戓信息所了解，遠程手術是指醫生與患者分別處于不同的地理位置，遠程醫生借助于視頻、音頻、圖像、力覺等臨場感的裝備與技術參與開展手術的過程。一般把患者所在的位置稱為患者端，把遠程醫生所在的位置稱為醫生端。從實時性與同步性角度可將遠程手術分為3類，即離線方式、遠程監控方式、交互方式。離線方式指醫生端和患者端不同時發生通信交流，醫生端接收由患者端發送的患者信息，然后醫生對這些信息進行診斷，最后將診斷結果發回患者端，由在患者端的醫生根據診斷結果開展手術。遠程監控方式下醫生端實時監測患者手術過程信息，并對手術過程給予指導和建議。交互方式需要醫生端和患者端建立實時可靠的通信連接，醫生端的醫生借助力覺交互設備、操縱桿控制患者端的機器人執行手術指令開展手術。 1 機器人遠程手術的發展及應用 1995年，由美國斯坦福國際咨詢研究所(Stanford Research Institute International，SRI)開發了世界上第1個機器人遠程手術原型（圖1），當時主要針對的是開放性手術。2001年9月7日，在美國紐約和法國斯特拉斯堡之間實施了世界上第1例微創遠程機器人輔助手術，兩地相距7000km多。手術使用了由Computer Motion公司開發的宙斯(Zeus)機器人系統（圖2a），接受手術的患者位于法國斯特拉斯堡，是1名68歲的膽結石患者，而外科醫生位于美國紐約，最后手術獲得了很大的成功，白此遠程手術開始快速發展。 圖1 宙斯(Zeus)外科機器人 由1999年成立的Intuitive Surgical公司，借助于SRI在醫療機器人方面的積累開發了具有遠程功能的達芬奇(da Vinci)機器人（圖2b），能開展泌尿、耳鼻喉、腹部、胸腔等遠程微創手術，屬于通用型的醫療機器人，并于2000年獲得美國食品和藥品管理局許可。 在da Vinci系統的基礎上，在美國國防部支持下由SRI等多家研究機構開發了應對戰場上無人看護環境下的遠程手術機器人系統Trauma Pod(圖2e)，整套系統由手術機器人、護士機器人、手術器械更換裝置、器具緩存裝置、藥物分發裝置組成，能實現無人看護狀態下的遠程手術，預計2015年投入使用。 從2004年開始，在美國國家航空航天局(National Aeronautics and Space Administration，NASA)復雜環境任務組(NASA Extreme Environent Mission Operations，NEEMO)的引導下開展了一系列的遠程手術實驗。第7次NEEMO項目在美國寶宮瓶實驗室開展，它是世界唯一一個永久性的海底實驗室。手術采用Computer Motion公司開發的AESOP機器人，機器人由位于距離2500km的加拿大醫生控制，機器人端有4名人員（1名具有手術經驗的外科醫生，1名內科醫生沒有手術經驗，另外2名是潛水員沒有任何醫療經驗），進行超聲波檢查，超聲波引導腫瘤囊液吸取、血管修復、腎結石的移除、膽囊切除手術過程。第9次NEEMO項目的開展選用由SRI開發的M7機器人（圖2d），實驗人員不要臨時組裝與配置機器人并進行實時的腹腔模擬手術，在整個手術中由微波衛星建立通信連接，手術延時達到3s以模擬地球與月球之間的通信。機器人端由4名宇航員輔助遠程醫生開展手術，進行了重大傷病診斷與骨折外科手術操作。第12次NEEMO項目進行的遠程手術由M7機器人和由華盛頓大學等機構開發的Raven I（圖2c）執行，M7機器人在此次實驗中完成了首次紅外線引導的縫合操作。 白Raven I之后，加州大學圣克魯茲分校與華盛頓大學開發了7套RavenⅡ系統，這7套系統具有開放的軟件平臺和統一的硬件配置。這些系統將分別裝備于美國一些著名的醫療機器人研究機構，如哈佛大學、霍普金斯大學、加州大學伯克利分校等，旨在研究統一軟硬件平臺下的機器人遠程手術，所有軟件的開發將采用開源的方式進行。此項目的開展將極大地推進醫療機器人的研究進展。最近加州大學圣克魯茲分校開發了RavenⅣ機器人，它有4個機械臂和2套攝像頭組成，可由不同地方的2名醫生合作完成遠程手術。 圖2 具有遠程功能的機器人系統 隨著國外遠程手術機器人的發展，國內也開展了一系列遠程手術的研究。2003年9月，基于北航設計開發的黎元BH-600醫療機器人和機器人遙操作系統，遠程立體定向腦外科手術在北京和沈陽之間進行，主治醫師在北京而患者在沈陽，患者為1名因腦出血壓迫神經而偏癱失語的中年男性，手術進行了50min，術后患者偏癱失語癥立即消失，這也是國內第1例遠程手術。2012年12月，由北京航空航天大學和海軍總醫院合作開發的BH-7機器人系統（圖3）完成了我國首次海上遠程手術；手術過程中，醫生位于北京的海軍總醫院遠程中心，患者位于太平洋某海域的醫院船上，手術通過衛星通信建立通信連接，最后手術獲得成功。 圖3 BH-7機器人系統 2 各主要遠程手術機器人的特點 2.1 da Vinci da Vinci機器人手術系統主要由醫生控制臺、1個裝有4支7個自由度交互手臂的床旁機械臂塔和1個高精度的3D高清視覺系統構成。借助于高清立體成像、多關節臂自動化控制及光纜信號傳送等高科技設備，使其具備了三維高清術野、手臂無抖動、鏡頭固定、活動范圍廣、器械移動度大等優點，并且改變了術者站在手術臺旁操作的傳統模式，由主刀醫師坐在控制臺前完成手術全過程。 系統特點：①仿真手腕，人手的全部動作被實時轉化為精確的機械手動作，可運用開放式手術中使用的任何技巧；②三維立體圖像，采用雙鏡頭三晶片數碼攝像系統，是唯一具有真正三維景深和高分辨率的系統；③手術操作更精確，與腹腔鏡（二維視覺）相比，因三維視覺可放大10～15倍，使手術精確度大大增加：④設備體積龐大，價格昂貴，另外系統維護與使用成本也很高。 2.2 Raven Raven是以da Vinci為原型開發的，相對于da Vinci，它結構更加緊湊，體積更加輕巧，最新開發的Raven系統總質量不超過30kg。Raven系統具有2條機械臂1個觀察手術現場的攝像頭和1個可以進行在線遠程手術的機器人手術界面。它允許醫生從遠程位置操作機器人系統，可以為偏遠地區提供更好的專家醫療。整套系統是在Linux系統下開發的，并且完全是開源的，允許用戶根據需要白行修改代碼，這讓它可以很容易地與其他裝置相連接，為研究人員進行外科手術的實驗和協作創建了一條通路。 系統特點：①結構輕巧，緊湊，質量輕；②開源的軟件平臺，更適合遠程手術的普及和推廣。2.3 Trauma Pod 基于戰場環境下傷員救治的特點和無人作戰計劃的完善，在美國國防部支持下由SRI等多家研究機構開發了應對戰場上無人看護環境下的遠程手術機器人系統Trauma Pod，整套系統由手術機器人、護士機器人、手術器械更換裝置、器具緩存裝置、藥物分發裝置組成，能實現無人看護狀態下的遠程手術。這是迄今為止最復雜的遠程手術系統。 系統特點：①系統復雜，智能程度高：②成本高，不便推廣。 2.4 BH-7 BH-7機器人具有5個自由度，是北京航空航天大學與海軍總醫院針對海上遠程環境下腦外科手術開發的一套遠程系統。為了解決衛星通信延時的問題，系統采用了虛擬手術技術將遠程的視頻圖像與預測的虛擬圖像融合在一起，這樣增強了系統的安全性和可靠性，同時也在很大程度上降低了延時對系統的影響，針對海上環境下船體的振動、搖擺以及手術環境空間狹小等因素，BH-7機器人在結構設計、誤差分析與補償方面也進行了相關的研究。 系統特點：①體積小，結構緊湊；②滿足一定動態環境下手術的開展；③系統功能單一，只針對腦外科手術中的立體定向手術。 3 展望 隨著相關技術的發展和應用需求的不斷擴張，遠程手術已不再局限于設備齊全、手術環境理想的醫院手術室，復雜環境下遠程手術的研究已成為當前研究的熱點。這些復雜環境包括海上環境、水下環境、太空環境、戰場環境等，對遠程手術過程中機器人的設計提出了新的挑戰和要求。海上環境下的振動、搖擺要求機器人具有白適應、避碰性高的控制系統；水下環境下的狹小空間、太空環境中的失重和超長延時需要機器人體積更加輕巧及白主手術能力更強、更加智能。為應對復雜環境下缺乏專業醫護人員的情況，機器人人機交互效率、手術流程及執行效率也需要進一步的研究和改進。 理想化的手術機器人還應具備以下特點：①設計人性化，操作平臺符合人手力學特點，具有更豐富的感覺反饋；②數據傳輸實時化，感覺反饋及操作指令消除時差阻滯；③軟件支撐智能化，可隨時人工介入，并允許麻醉醫師進入現場觀察患者生命體征：④價格平民化，購置價格、維修費用合理及使用花費在普通民眾經濟能力承受范圍內，便于在世界范圍普及推廣。 
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