美国直觉外科机器人公司，可以称的上是目前全球**进的医疗机器人的生产商，估值约200亿美元。他家的主要产品就是达芬奇机器人手术系统。本文来拆解达芬奇机器人手术系统，看看它里面有什么技术。

　　机器人，总是一个能够带来话题讨论的热点。从可爱的儿童机器人到实用的家庭扫地机器人，日常生活中我们能够常常看到。但你了解手术机器人吗？你知道手术机器人已经可用于成人和儿童的普通外科、心胸外科、头颈外科、泌尿外科、妇科和腹部外科吗？

　根据数据显示， 2014年，手术机器占全球医疗机器人份额60%以上，占比**重。在美国，2007至2013年间有 170万名病人进行了机器人手术。国外知名的外科手术机器人包括达芬奇、 宙斯及伊索机器人，国内手术机器人有黎元、 妙手 A 、妙手 S等。

美国直觉外科机器人公司，可以称的上是目前全球**进的医疗机器人的生产商，估值约200亿美元。他家的主要产品就是达芬奇机器人手术系统。本文来拆解达芬奇机器人手术系统，看看它里面有什么技术。

　　达芬奇机器人手术系统是建立在MIT（美国麻省理工学院）研发的机器人外科手术的技术基础上，经过逐步开发而成为当今**进的微创外科治疗平台，达芬奇手术机器人的正式名称为“内窥镜手术器械控制系统”。

　达芬奇机器人2000年通过美国FDA认证，批准其投入使用，这是目前**进的机器人手术辅助系统。

●被专利笼罩的达芬奇机器人手术系统

直觉外科机器人公司之所以能成为腔手术辅助医疗机器人的**企业，这家公司十分注重技术专利保护。

达芬奇系统申请的专利主要集中于以下方面：

●械臂设计技术

●微小手术器械设计

●主从控制策略

●三维立体视觉

●人机工效学

　　据不完全统计，达芬奇系统申请相关专利高达700余项，几乎覆盖了外科手术机器人的全部技术保护点，这也奠定了直觉外科机器人公司稳固的垄断地位。

下面具体说一说达芬奇机器人手术系统的具体构造。

　　上图是医生借助手术机器人在实施手术的过程，其工作原理是通过无线操作进行的外科手术，即医生坐在电脑显示屏前，通过显示屏和内窥镜仔细观察病人体内的病灶情况，然后通过机器人手中的手术刀将病灶**切除（或修复）。

●达芬奇机器人手术系统结构

它主要由三个部分组成 ：一是医生控制系统，即主刀医生操作控制台；二是机械臂系统；三是高性能的视觉系统。

●医生控制系统（控制台系统）

　如图1，是医生操作控制台，主要由计算机系统、监视器、三维图像观察器、操作手柄、脚踏板及输出设备等组成。该操作台是达芬奇系统的控制核心。

　　　下面以达芬奇Si系统为例，如图2，为达芬奇Si控制台系统。

　　　　　　　　　图2 达芬奇Si控制台系统

　主刀医生坐在控制台前，通过双手控制两个主控制器及用脚控制脚踏板，来控制器械和三维高清内窥镜，通过观看控制台上的三维手术监视器来完成操作。

监视器与高清3D腹腔镜摄像头相连，实时将术中影像转化为高清三维影像, 同时计算机系统通过数码变焦可将手术影像**放大 6~10倍，利于精细操作完成。

●机械臂系统

机械臂系统包括机械臂、摄像臂以及手术器械组成的移动平台。它一般包括2~3只工作臂及 1只持镜臂。如下图3，是达芬奇Si臂系统。

　　　　　　　　　　图3 达芬奇Si臂系统

达芬奇Si臂系统具有三个机械臂，固定在可移动基座上面，底座通过线缆和高可靠性**插头与控制台相连。

在上图3中，可以清晰地看到中心机械臂是持镜臂，主要负责握持摄像机系统。在传统腹腔镜手术中，可能出现持镜助手疲劳，手部出现抖动导致视野不稳定情况，而持镜臂提供更加稳定的图像。其余机械臂是持械臂，负责握持特制外科手术器械。

　图4 达芬奇Si臂系统助力推车

如图4，它是达芬奇Si臂系统助力推车。臂系统的整车依靠脚轮支撑，脚轮具有自锁能力，也可以实现手工移动。当没有外部动力源下，助力装置可提供5分钟左右的动力支持。

●视觉系统

　　　　　　　 图5 视觉系统

　　达芬奇机器人视觉系统主要由三维内窥镜、摄像机及处理器、观察系统组成，内窥镜照明采用高质量冷光源，该视觉系统是3D高清影像系统，可将手术部位放大 6~10倍，利于精细操作。可以为医生提供真实的视野，操作简便易学，可以极大地提高手术效率。

主要核心技术包括：

●3D高清影像系统

在上面视觉系统中已经提及，它可将手术部位放大 6~10倍，利于精细操作。可以为医生提供真实的视野，操作简便易学，可以极大地提高手术效率。

●达芬奇 Endo Wrist 仿真机械手

　　　　　  图6 达芬奇 Endo Wrist 机械手

　如图6，它是达芬奇 Endo Wrist 仿真机械手，可模拟人手实现各种操作，非常便捷。其动作自由度高达7度，包括臂关节上下、前后、左右运动与机械手的左右、旋转、开合、末端关节弯曲共 7种动作，可实现沿垂直轴 360°和水平轴 270°旋转，且每个关节活动度均大于90°。

●Intuitive 直觉运动控制技术

Intuitive 是达芬奇机器人独有的计算机辅助控制技术。可以实现眼-手协调、手-机械手端实时同步， 医生可以凭借本能进行直觉式的操控机械手端。

下面表1比较了传统开发手术、腹腔镜手术、达芬奇机器人手术的不同技术特点，可以详尽地了解到达芬奇机器人手术系统优势。

（图片来源：嵇武,李宁,黎介寿.达芬奇手术机器人的应用进展.东南国防医药, 2010(05):427-430.）

　达芬奇系统目前已经生产到第四代产品，于2014年被美国FDA批准投入使用。目前市场上普遍应用的仍然是第三代产品达芬奇Si系统。

　　　　　　　　　图7 第四代达芬奇系统示意图

　下面比较一下前三代产品的核心技术以及进行了哪部分的技术升级。见下表2 达芬奇系统三代产品核心技术及技术升级。

（图片来源：杜志江.达芬奇手术机器人系统技术分析. 哈尔滨工业大学机器人研究所）