去年5月，一段達芬奇機器人縫製葡萄皮的視訊曾經在網路走紅。視訊呈現的是在一個小玻璃瓶內，一粒葡萄在接受機器人做手術。手術整個流程是由一臺叫“達芬奇”的手術機器人完成的，它先是用自己的機械手撕開了一顆葡萄的表皮，後來又成功縫合了葡萄的“表皮”。葡萄的長度不到2.5釐米且非常脆弱，葡萄皮的厚度不到1毫米，在“達芬奇”縫完最後一針之後，葡萄基本上保持完美狀態。整個手術過程快速精準，令人稱奇！

這段視訊引發了許多人對達芬奇機器人的興趣，我也不例外。我真想有機會見見達芬奇機器人就好。沒想到，機會很快就來了。沒想到，今年2月，我因病住進悉尼聖文森特醫院（St.Vincent Private Hosptal ），親身經歷了一場達芬奇機器人手術。操控機器人手術的Stricker教授是澳洲機器人手術的權威專家。他2006年2月就做了澳洲第一例達芬奇機器人前列腺手術，據說至今為止已有1000多名患者接受了他的機器人手術治療。手術前後，通過醫生的講解、現場參觀和閱讀相關資料，我對達芬奇機器人有了初步認識。

達芬奇機器人（Da Vinci System），準確地說是達芬奇機器人輔助外科手術系統。20世紀90年代，美國直覺外科公司（American Intuitive Surgical）將太空遙控機器手臂技術轉化為臨床應用，研製出手術機器人。

大家知道，達芬奇是十五世紀文藝復興時期的著名藝術家。其實，達芬奇不僅是藝術家，他還是哲學家和發明家。達芬奇對人體解剖學很感興趣，他參與屍檢，製作了許多非常詳細的解剖圖紙。達芬奇對力學和自動化也有興趣。他開發了一些人體模型，包括機械騎士。達芬奇於1495年設計了仿人型機械“萊昂納多機器人”，是世界上第一臺機器人的發明者。因此，美國直覺外科公司將這個新面世的手術機器人取名為“達芬奇”。2000年6月，該機器人系統獲得美國食品和藥物管理局（the Food and Drug Administration 【FDA】）批准，成為第一個用於腹腔鏡微創手術的自動控制機械系統。

美國直覺外科公司1996年推出第一代達芬奇機器人，2006年推出的第二代機器人機械手臂活動範圍更大了，允許醫生在不離開控制檯的情況下進行多圖觀察。2009年推出了第三代機器人，相比第二代機器人，增加了雙控制檯、模擬控制器、術中熒光顯影技術等功能。第四代機器人在2014年推出，靈活度、精準度、成像清晰度等方面有了質的提高，2014年下半年還開發了遠端觀察和指導系統。據悉，達芬奇機器人已經發展到第五代。

十幾年來，直覺公司不斷完善和提升達芬奇系統，使之成為迄今為止世界上最先進和最成功的手術機器人系統，它集成了三維高清視野、可轉腕手術器械和直覺式動作控制三大特性，將微創技術更廣泛地應用於複雜的外科手術。利用該機器人，外科醫生找到了傳統開放手術和常規腹腔鏡檢查的替代方案，通過非常小的切口以無與倫比的精度執行最複雜和最細微的手術，從而可將一些複雜手術簡化為微創手術，減少術中出血，減輕病人痛苦，減少住院時間，縮短康復期。目前，該機器人已經廣泛用於泌尿外科、心臟外科、婦科外科、腦外科和小兒外科等方面的手術。

    達芬奇機器人長什麼樣？讓我們來見識一下。它由三大部分組成，即醫生主控臺，機械臂、攝像臂與手術器械組成的移動平臺（患者側推車），成像系統。

圖中從左至右分別為主控臺、移動平臺和成像系統

下面分別介紹這三大部分的結構及工作原理。

1. 醫生主控臺：主控臺按人體工程學原理設計，一般位於手術室無菌區之外，主刀醫生坐著使用雙手（通過操作兩個主控制器）及腳（通過腳踏板）來控制器械和一個三維高清內窺鏡。系統將醫生的眼睛和手部自然延伸到患者身上，將醫生的手、手腕和手指運動準確地翻譯成手術器械的微細而精確的運動。手術器械尖端與外科醫生的雙手同步運動。

醫生通過主控臺的目鏡看到的3D顯示效果非常逼真，立體感和層次感非常好，能夠獲得準確的空間距離。支撐手臂的擋板上有個小LED顯示屏，顯示患者、術者、術式等基本資訊。前方的就是操作杆了，手指套在上面進行操作，能同時控制兩條臂，進行移動、切割、止血、縫合、打結等各種操作，靈敏程度不遜人手。接下來是下面的腳踏板，左邊黑色的控制腹腔鏡機械臂的移動。右邊和普通電刀的腳踏板一樣，黃色切割，藍色止血。

從計算機專業角度看，達芬奇的主控制檯就是把醫生根據系統反饋的人體內部病灶狀況及解剖影象所確立的手術方案及步驟解析為系統的系列動作。

2. 移動平臺，又叫病人側推車，這是病人端機器人系統。

側推車具有4個固定於可移動基座的機械臂，底座通過線纜和高可靠性航空插頭與控制檯相連。中心機械臂是持鏡臂，負責握持攝像機系統。其餘機械臂是持械臂，負責握持特製外科手術器械。臂系統整車依靠具有自鎖能力的腳輪支撐，可以實現手工移動；設有助力裝置，在沒有外部動力源的情況下，仍可提供5min左右的動力支援。每個機械臂具有一系列多位置關節和可旋轉的末端關節與套管相連，這樣在安裝時易於擺位，並保證可達手術要求的運動空間。手工進行機械臂擺位時需要藉助一個控制開關以放鬆全部關節，放開此開關則機械臂將重新鎖定在當前位置。每一個機械臂上有一個單獨的鍵作為末端可旋轉關節的離合器，允進行快速更換。微器械的關節由連線到其端部四個輪子的線路系統控制，後端採用四個小輪將來自電機的運動傳遞給鋼絲，進而帶動各關節運動。位置重新整理率接近1500Hz，因此可有效去除機械震顫。微器械尖端通過獨特的機械設計實現6種自由度，可以通過活動器械本身提供第7種自由度（如切割或抓持）。器械具有可重複消毒的特性。

機器人手臂繞固定樞軸點移動，手術系統的安全檢查可以防止儀器或機器人手臂的任何獨立運動。外科醫生控制Endowrist儀器，儀器設計有七種運動，比人類手腕的運動範圍更大。每種儀器工具均作特定任務設計，如夾緊、切割、凝固、解剖、縫合及其對人體組織進行的相關操作。機械臂是系統的核心部件，看起來很像腹腔鏡器械，通用有針持、抓鉗、剪刀等不同的臂，位置可互換。與腹腔鏡器械不同的是，每條臂都有很多小關節，手腕器械彎曲度和旋轉度遠遠超出人的手，可以完成各種複雜到人手有時都無法完成的動作。

這是機器人的手術器械(instrument)，使用時插在病人端機器人上。機械臂是一種高值耗材，使用時臨時安裝到機器人上。這個器械上面安裝了記憶晶片，每插在機器人上一次，晶片就會計數+1,  10次以後，10次後機器人就不能使用這個器械了。這種設計的一個目的是公司要賺耗材費，二是避免器械裡面結構故障，造成手術危險。

這是達芬奇機器人最牛逼的特點，第一是手術器械末端具有3+1個自由度，加上3個位置自由度完全保證了在器械末端腹腔內部的6個運動自由度（空間中有6 個自由度）；第二是直覺控制，這也是intuitive公司名字的來源吧，這種直覺控制避免了普通腹腔鏡手術操作的反向操作，極大的提高了醫生操作的能力和速度。

醫生助手在床旁機械臂系統邊工作，負責更換器械和內窺鏡，協助主刀醫生完成手術。為了確保患者安全，助手醫生比主刀醫生對於床旁機械臂系統的運動具有更高優先控制權。

3. 成像系統：成像系統（VideoCart）主要由三維內窺鏡、攝像機及處理器、觀察系統組成，分別位於持鏡臂、成像系統和控制檯上。內裝有手術機器人的核心處理器以及圖象處理裝置。手術機器人的內窺鏡為高解析度三維（3D）鏡頭，對手術視野具有10倍以上的放大倍數，能為主刀醫生帶來患者體腔內三維立體高清影像，使主刀醫生能夠真實的感知和清晰地觀察到手術部位的解剖結構，把握好操作距離，精準避開手術區域的血管和神經，將外科醫生的手部運動轉化為患者體內微小器械的較小、精確的運動，最大限度地保留患者器官和組織的生理功能。

放置於成像系統中的兩臺三晶片攝像機可以產生兩個具有高清晰度和色彩還原性的高質量影象，並分別輸出到控制檯中的兩臺手術操作監視器。通過三維影象觀察器，兩路略帶視差的影象分別被髮送至術者的左右眼，從而形成高質量的三維影象。內窺鏡照明採用高質量冷光源，使光線亮度達到最優，術者可以通過調整攝像機深度和角度來獲得需要的觀察區域和放大倍數。此外，成像系統上面還設定了外接觀察監視器、二氧化碳充氣機、光源及攝像機。外接監視器的訊號來自兩臺攝像機中的一臺，代表了左眼或者右眼的視覺。成像系統還包括兩個影象同步器和一個聚焦控制器，以實現可控的高質量三維影象。

達芬奇手術機器人代表著當今手術機器人最高水平，它有三個關鍵核心技術：可自由運動的手臂腕部EndoWrist、3D高清影像技術和主控臺的人機互動設計。其中，機械手臂的腕部採用能夠提供7個自由度的EndoWrist技術，可以完成人手無法實現的動作，觸及範圍更廣。系統具有振動消除系統和動作定標系統，可保證機械臂在狹小的手術視野內進行精確的操作。此外，機械臂還能完成一些人手無法完成的極為精細的動作，手術切口也可以開得很小，從而縮短患者在手術後恢復的時間。同時還可以提高手術效率，節約費用。

　　有人擔憂達芬奇機器人手術中會不會出差錯，導致手術失敗？

事實證明，這點擔憂是多餘的。達芬奇機器人能提供寬闊視野和準確、靈活的控制能力，能夠清楚呈現組織、器官的解剖構造和神經血管束的走行，精細的分離有利於淋巴結的清掃，準確的縫合保證了吻合的高質量，保證了手眼的協調。高解析度的立體腔鏡提供放大10-15倍的高清三維影象，降低了錯誤的發生率。機器人的機械臂可完全模仿人手腕動作，特殊設計的運動模式保證了醫生手部動作與機械臂運動的一致，並濾除了手部的抖動，具有人手無法比擬的穩定性和精確度。它的活動範圍遠大於人手，在狹窄解剖區域可360度自如運動，比人手更靈活。這樣，即可保證手術的安全性，又可提升手術的精確性。

達芬奇機器人並不止於解放醫生的雙手，遇到某些特殊的病況，達芬奇機器人甚至可以比人更進一步，比如傳統腹腔鏡手術最困難的是縫合、打結，達芬奇機器人能夠比人做的更好，就連之前不會做腹腔鏡手術的醫生都可以操作。

同時，達芬奇手術機器人能降低術者的工作強度，減少術者疲勞，防止術者手部顫動，使術者精力更集中，使手術更完美。

對患者而言，達芬奇手術的優勢非常明顯。它可使術後併發症、損傷和失血明顯減少，恢復更快、住院時間縮短，手術效果及美觀性明顯提高。對於某些高齡患者及高危患者，通過機器人手術可規避開放手術帶來的創傷。

達芬奇機器人的控制檯通常與病人保持一定距離。因此，從技術上講，該系統可以允許醫生進行遠端外科手術。2001年，Marescaux博士和IRCAD團隊採用先進的非同步傳輸模式（ATM）和宙斯遙控操縱器（Zeus telemanipulator），結合高速光纖連線，在美國紐約成功操縱法國斯特拉斯堡的一臺手術，這是第一個跨大西洋的手術，被認為是全球遠端外科手術的里程碑。

    所有操作達芬奇手術的醫生必須有嚴格的培訓和認證。醫生必須要對機器人的硬體和軟體系統認知的很透徹，經過線上培訓，線下的動物實驗操作，考試取得證書等一系列流程之後，才有資格進行臨床手術。

不僅醫方需要學習，患者也需要有術前教育和輔導。我做手術前一個多月，院方就交給我厚厚一摞資料和幾個光碟，要我抽時間仔細閱讀和觀看。Stricker教授和他的助理還安排時間對我進行面對面的講解和輔導，告訴我有關達芬奇機器人手術的特點，他們制定的手術方案、流程以及需要我配合的有關事項。譬如，手術時將要在我的腹部打六個小孔，然後把機器人手臂上的有關管道部件插入我的體內；發消毒藥給我，手術前一天和到醫院去的當天，自己做好身體有關部位的清洗消毒；學會穿防靜脈血栓的專用長襪等等。

進手術室後，醫生助理先核對我的基本情況（姓名、出生日期，病種等），以免弄錯，然後進行必要的消毒和注射。實施麻醉前，Stricker教授來到我身邊，跟我簡單地交談了幾句，鼓勵我。他離開後，在麻醉藥作用下我漸漸地失去了知覺。2個多小時後，我甦醒過來，2個護士守在我身邊，問我身上哪裡不舒服，有不有痛感。我感覺很好，基本上沒有痛苦。術後無需家人陪護，次日早晨，我就可以下床活動、洗澡和吃東西。第三天，就出院了（有的患者24小時內就可以出院）。

從傳統的開刀手術到機器人手術，人類歷經了近3個世紀。18世紀80年代，維也納外科醫生Billroth首次開啟病人腹腔，完成了首例外科手術。這種傳統的開刀手術被稱為第一代外科手術並一直沿用至今。20世紀80年代，以腹腔鏡膽囊切除術為標誌的微創手術取得突破性進展，在許多領域取代了傳統開刀手術，稱為第二代外科手術。進入21世紀，手術機器人得到開發並迅速投入臨床應用，被認為是外科發展史上的一次革命，也預示著第三代外科手術時代的來臨。

    達芬奇機器人系統推出不久，就大受歡迎。許多國家爭先恐後引進該系統。據初步統計，到2016年9月30日止，全球共有3,803個醫療機構引進了該系統。其中：美國本土為2,501個，歐洲為644個，亞洲為476個（其中：日本230臺、中國大陸59臺、中國臺灣30餘臺）。達芬奇系統為全球300多萬患者帶來了精細的微創手術。

中國大陸第一臺達芬奇手術機器人是2006年由中國人民解放軍301醫院引進的。經過10餘年的發展，國內已有40多家醫院購置了達芬奇手術機器人，總共完成了近3萬臺手術。可以預計，隨著達芬奇手術機