外科手術(shù)機(jī)器人:未來(lái)的成功、挑戰(zhàn)和前方之路

UK-RAS Network

在過(guò)去，外科手術(shù)機(jī)器人得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，成為了一個(gè)全球性的技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)。由Guang - Zhong Yang教授、Christos Bergeles博士和Valentina Vitiello博士撰寫(xiě)的關(guān)于外科手術(shù)機(jī)器人的UK - RAS白皮書(shū)總結(jié)了在這一領(lǐng)域早期的先行者以及目前所面對(duì)的監(jiān)管、經(jīng)濟(jì)和知識(shí)產(chǎn)權(quán)挑戰(zhàn)，并預(yù)測(cè)了未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。

醫(yī)療機(jī)器人，無(wú)論是用于微創(chuàng)手術(shù)、靶向治療、應(yīng)急響應(yīng)、修復(fù)學(xué)還是家庭援助，都是醫(yī)療器械行業(yè)增長(zhǎng)最快的領(lǐng)域之一。醫(yī)療機(jī)器人的一個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域是開(kāi)發(fā)用于微創(chuàng)手術(shù)和顯微外科手術(shù)的外科手術(shù)機(jī)器人。在本文中，我們回顧了外科手術(shù)機(jī)器人如何從一個(gè)小眾的研究領(lǐng)域發(fā)展成為一個(gè)創(chuàng)新和發(fā)展的主要領(lǐng)域。隨著安全性、有效性的提高以及成本的降低，機(jī)器人平臺(tái)將很快接近一個(gè)臨界點(diǎn)——超越早期的采用者，成為主流外科手術(shù)的一部分。這些平臺(tái)更加注重早期干預(yù)和治療后的生活質(zhì)量，因此還將推動(dòng)精密外科手術(shù)的未來(lái)。我們還預(yù)測(cè)了這個(gè)相對(duì)年輕但又正在快速發(fā)展的領(lǐng)域?qū)⑷绾沃厮茚t(yī)學(xué)的未來(lái)，以及其需要克服的相關(guān)技術(shù)、商業(yè)、監(jiān)管和經(jīng)濟(jì)方面的挑戰(zhàn)。

UK-RAS白皮書(shū)旨在作為一個(gè)討論未來(lái)技術(shù)路線圖的基礎(chǔ)，讓更廣泛的群體、利益相關(guān)者以及決策者參與評(píng)估RAS潛在的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和道德/法律影響。我們計(jì)劃每年更新這些白皮書(shū)，因此您的反饋至關(guān)重要——無(wú)論是指出無(wú)意中遺漏了需要涵蓋的特定發(fā)展領(lǐng)域，還是指出值得進(jìn)一步討論和深入分析的未來(lái)主要趨勢(shì)。

外科手術(shù)機(jī)器人已經(jīng)從過(guò)去的一個(gè)小眾研究領(lǐng)域發(fā)展成為一個(gè)新興的創(chuàng)新和發(fā)展領(lǐng)域，引領(lǐng)精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)、個(gè)性化醫(yī)療和生活質(zhì)量改善方面的演變。第一代臨床機(jī)器人系統(tǒng)的商業(yè)成功激發(fā)了來(lái)自商業(yè)機(jī)構(gòu)和研究組織的平臺(tái)數(shù)量的不斷增長(zhǎng)，從而產(chǎn)生了更小、更安全、更智能的設(shè)備，它們追求能夠在人體中漫游并模糊疾病預(yù)測(cè)和預(yù)防之間的界線。為了使這種努力在臨床上取得成功，不僅需要解決研究方面的挑戰(zhàn)，還需要解決與監(jiān)管、知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)和潛在訴訟相關(guān)的挑戰(zhàn)。

從研究到患者：先鋒和早期的采用者

就在1991年，研究人員首次嘗試通過(guò)使用機(jī)器人技術(shù)來(lái)改善外科手術(shù)結(jié)果，機(jī)器人技術(shù)作為一種精確自動(dòng)化的強(qiáng)大工具逐漸被人們接受。實(shí)際上，第一個(gè)外科手術(shù)機(jī)器人是一個(gè)輕定制的工業(yè)操縱器，它被重新設(shè)計(jì)，用于將針頭引入大腦（Kwoh等人于1988年提出）。

早期企業(yè)

最初著名的外科手術(shù)機(jī)器人——用于骨科手術(shù)的ROBODOC?（Kazanzides等人于1992年提出）和Acrobot（Davies等人于1997年），以及用于前列腺外科手術(shù)的Probot （Harris等人于1997年提出），在演變成定制手術(shù)平臺(tái)之前，是從類似的設(shè)計(jì)考慮開(kāi)始的。ROBODOC?由Taylor等人在美國(guó)開(kāi)發(fā)，而Probot和Acrobot由Davies等人在英國(guó)開(kāi)發(fā)。下面講述了Acrobot和ROBODOC?并行——這兩個(gè)系統(tǒng)都是現(xiàn)代的，并且是在具有相似經(jīng)濟(jì)和社會(huì)背景的國(guó)家中開(kāi)發(fā)出來(lái)的——但又是不同的故事。這些努力促使眾多學(xué)術(shù)中心和研究機(jī)構(gòu)開(kāi)展外科手術(shù)機(jī)器人領(lǐng)域的研究。

·ROBODOC?的故事

對(duì)ROBODOC?的初步研究始于加利福尼亞大學(xué)戴維斯分校和IBM Thomas J. Watson研究中心的合作。1992年，進(jìn)行了首次臨床試驗(yàn)。1994年，ROBODOC?的商業(yè)化在歐洲開(kāi)始，但該機(jī)器人被撤出了市場(chǎng)。2007年，韓國(guó)Curexo收購(gòu)了ROBODOC?并在美國(guó)完成了臨床試驗(yàn)。2008年，ROBODOC?獲得FDA批準(zhǔn)，目前是全球范圍的品牌系統(tǒng)。

·Acrobot的故事

倫敦帝國(guó)理工學(xué)院的Brian Davies博士于1992年開(kāi)始進(jìn)行Acrobot（Active Constraint Robot，主動(dòng)約束機(jī)器人）的開(kāi)發(fā)。2000年，在皇家創(chuàng)新公司（Imperial Innovations）的幫助下，Davies博士創(chuàng)立了Acrobot有限公司作為其衍生公司。2001年，他進(jìn)行了首次臨床試驗(yàn)。2006年，他首次進(jìn)行了隨機(jī)試驗(yàn)。2010年，該公司被Stanmore Implants Worldwide（SIW）收購(gòu)。2011年，SIW獲得了510K許可證，意味著可以在美國(guó)使用Acrobot機(jī)器人。不久之后，Mako Surgical又購(gòu)買(mǎi)了Acrobot的所有專利和技術(shù)。最后，在2013年，Stryker Medical收購(gòu)了Mako。

微創(chuàng)外科手術(shù)

與骨科和神經(jīng)外科中的機(jī)器人開(kāi)創(chuàng)性集成并行，霍普金斯（Hopkins）的棒透鏡改變了腹腔鏡手術(shù)的早期發(fā)展。然而，由于使用了長(zhǎng)而剛性的儀器，再加上支點(diǎn)效應(yīng)和視覺(jué)電機(jī)軸的偏差，這些程序在人體工程學(xué)意義上難以執(zhí)行（見(jiàn)圖1）。因此，外科手術(shù)技術(shù)開(kāi)始在機(jī)器人技術(shù)中尋求增強(qiáng)的方法，在早期對(duì)遠(yuǎn)程操作、毫米級(jí)肌腱驅(qū)動(dòng)的手腕以及基于硬件的遠(yuǎn)程運(yùn)動(dòng)中心（remote centres of motion，RCM）研究的基礎(chǔ)上，產(chǎn)生了兩個(gè)創(chuàng)新平臺(tái)：Computer Motion的Zeus（Ghodoussi等人于2002年提出）和來(lái)自直覺(jué)外科（Intuitive Surgical）的達(dá)芬奇（da Vinci?）（Guthart和Salisbury于2000年提出）。

da Vinci?和Zeus遠(yuǎn)程操作系統(tǒng)的第一個(gè)版本包括一個(gè)外科醫(yī)生主控制臺(tái)和一個(gè)帶有三個(gè)臂的患者從動(dòng)操縱器，兩個(gè)用于組織操作，一個(gè)用于內(nèi)窺鏡攝像頭定位。每個(gè)臂可提供6個(gè)自由度和儀器驅(qū)動(dòng)，同時(shí)遵守患者皮膚上工具入口處的RCM約束。兩個(gè)機(jī)器人之間的關(guān)鍵區(qū)別在于使用語(yǔ)音控制命令來(lái)驅(qū)動(dòng)Zeus的攝像機(jī)臂，也稱為AESOP（Automated Endoscopic System for Optimal Positioning，用于最佳定位的自動(dòng)內(nèi)窺鏡系統(tǒng)）機(jī)器人系統(tǒng)。

Zeus系統(tǒng)被用于在美國(guó)紐約曼哈頓和法國(guó)斯特拉斯堡之間進(jìn)行的第一次跨大西洋的遠(yuǎn)程手術(shù)（Marescaux等人于2001年）中，但自2003年Computer Motion與Intuitive Surgical合并以來(lái)已不再生產(chǎn)該系統(tǒng)。另一方面，da Vinci?系統(tǒng)在美國(guó)迅速發(fā)展和擴(kuò)展，最終成為全球市場(chǎng)中的領(lǐng)導(dǎo)者（見(jiàn)圖2）。

·ZEUS的故事

1989年，在美國(guó)政府和私人資金的支持下，Yulun Wang成立了他的醫(yī)療機(jī)器人公司Computer Motion。他在加利福尼亞大學(xué)圣塔芭芭拉分校攻讀研究生時(shí)為美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）開(kāi)發(fā)的機(jī)器人系統(tǒng)成為了AESOP的萌芽，該機(jī)器人系統(tǒng)在1994年被FDA批準(zhǔn)使用。2001年10月，僅在da Vinci?獲得批準(zhǔn)的幾個(gè)月后，F(xiàn)DA批準(zhǔn)了ZEUS外科手術(shù)系統(tǒng)。2002年，隨著市場(chǎng)對(duì)外科手術(shù)機(jī)器人技術(shù)的接受度越來(lái)越高，Intuitive Surgical和Computer Motion之間的競(jìng)爭(zhēng)開(kāi)始變得激烈。在一些復(fù)雜的知識(shí)產(chǎn)權(quán)糾紛之后，在2003年3月7日，兩家公司宣布“他們正在合并成一家公司，將他們?cè)谶\(yùn)行外科手術(shù)機(jī)器人、遠(yuǎn)程手術(shù)和手術(shù)室一體化方面的優(yōu)勢(shì)結(jié)合起來(lái)，以更好地為醫(yī)院、醫(yī)生和患者提供服務(wù)?！?合并之后，Zeus停止了生產(chǎn)。

最近的創(chuàng)新

隨著da Vinci?的成功，學(xué)術(shù)界和初創(chuàng)企業(yè)的研究和開(kāi)發(fā)工作逐漸加強(qiáng)。靈活的蛇形和微型機(jī)器人平臺(tái)正在出現(xiàn)，預(yù)計(jì)將進(jìn)一步改善外科手術(shù)的結(jié)果，并模糊預(yù)防和干預(yù)之間的界線（Vitiello等人于2013年提出;Bergeles和Yang于2014年提出）。

未來(lái)發(fā)展

外科手術(shù)機(jī)器人技術(shù)在世界范圍內(nèi)被公認(rèn)為是值得投資的技術(shù)領(lǐng)域，這一領(lǐng)域預(yù)計(jì)將取得重大突破。其未來(lái)將通過(guò)兩個(gè)截然不同，但又相互關(guān)聯(lián)的環(huán)境的發(fā)展來(lái)定義：前沿研究和商業(yè)組織。預(yù)計(jì)學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)內(nèi)的研究和開(kāi)發(fā)將會(huì)加強(qiáng)，患者福利的創(chuàng)新解決方案將繼續(xù)出現(xiàn)。另一方面，經(jīng)濟(jì)可持續(xù)性和社會(huì)需求需要重新審視管理臨床轉(zhuǎn)化的制度支柱。盡管工作量驚人，但很少有系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)臨床轉(zhuǎn)化，機(jī)器人外科手術(shù)和系統(tǒng)的滲透也是不均勻的。

本文試圖通過(guò)對(duì)過(guò)去發(fā)展和當(dāng)前情況的見(jiàn)解，闡述為了進(jìn)一步支持外科手術(shù)機(jī)器人技術(shù)的臨床轉(zhuǎn)化所需要解決的挑戰(zhàn)，目前這是一個(gè)世界范圍內(nèi)的挑戰(zhàn)（見(jiàn)圖3）。

監(jiān)管方面的挑戰(zhàn)

共同市場(chǎng)中的統(tǒng)一指令

機(jī)器人手術(shù)影響著越來(lái)越多的患者并且擾亂了醫(yī)療系統(tǒng)。工業(yè)機(jī)器人可以被視為一個(gè)局限于產(chǎn)品制造的孤立的研究和開(kāi)發(fā)領(lǐng)域，而與工業(yè)機(jī)器人相反的是，外科手術(shù)機(jī)器人從該領(lǐng)域開(kāi)始興起的時(shí)候就引起了嚴(yán)重的監(jiān)管干預(yù)。

美國(guó)食品和藥物管理局早在1976年就對(duì)醫(yī)療器械采取了監(jiān)管措施，確立了那些能夠與人體直接相互作用的設(shè)備安全操作的基本概念。1984年，美國(guó)國(guó)會(huì)決定支持醫(yī)療機(jī)器人（Engelhardt等人于1986年闡述）。

國(guó)會(huì)和FDA自上而下的指導(dǎo)方針未能打開(kāi)美國(guó)這一具有巨大經(jīng)濟(jì)利潤(rùn)的市場(chǎng)，所有相關(guān)方都意識(shí)到，衛(wèi)生條例和經(jīng)濟(jì)機(jī)會(huì)遍及全國(guó)市場(chǎng)。這使得美國(guó)本土企業(yè)的穩(wěn)定性得以實(shí)現(xiàn)，并且有可能使它們?cè)跊](méi)有意外障礙的情況下擴(kuò)展出一個(gè)富裕的大型市場(chǎng)。

相比之下，英國(guó)和整個(gè)歐洲的早期努力未能利用這種機(jī)會(huì)。歐盟（EU）最近才在其成員國(guó)之間對(duì)醫(yī)療器械行業(yè)進(jìn)行監(jiān)管，直到過(guò)去二十年，單一市場(chǎng)的概念才成為現(xiàn)實(shí)。由于缺乏潛在的市場(chǎng)，早期在外科手術(shù)機(jī)器人方面的開(kāi)創(chuàng)性工作也無(wú)法吸引所需的大量投資。

患者的授權(quán)

外科手術(shù)機(jī)器人技術(shù)的創(chuàng)新在若干個(gè)方面與制藥業(yè)的發(fā)展密切相關(guān)。因此，盡管前一小節(jié)提出了在不斷擴(kuò)大的市場(chǎng)中保持一致的監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題，但重要的是要理解，為了使研究和開(kāi)發(fā)取得成效，需要進(jìn)行一定程度的放松管制。

患者應(yīng)該被告知機(jī)器人系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r，并有權(quán)知曉和共享目前正在開(kāi)發(fā)的機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)和益處。無(wú)論是在時(shí)間上還是在經(jīng)濟(jì)上，臨床批準(zhǔn)的負(fù)擔(dān)都是巨大的，因此應(yīng)該鼓勵(lì)使用可能有益的外科手術(shù)機(jī)器人。對(duì)于未來(lái)的機(jī)器人系統(tǒng)來(lái)說(shuō)尤其如此，未來(lái)的機(jī)器人系統(tǒng)將需要更為智能的、不受限制的微型機(jī)器人，它們直接瞄準(zhǔn)癌細(xì)胞——這使得它們更接近于藥物而非機(jī)器人。

我們可以從艾滋病毒的放松管制中吸取教訓(xùn)，這種放松管制在20世紀(jì)90年代初成功加速了美國(guó)的創(chuàng)新。但是，應(yīng)該注意不要屈服于可能危害公共健康的自由主義的反監(jiān)管情緒（Perrone于2014年提出）。歐洲和美國(guó)可以從日本吸取教訓(xùn)，日本已成功實(shí)施類似的法規(guī)。

經(jīng)濟(jì)挑戰(zhàn)

醫(yī)療系統(tǒng)的影響

人們普遍認(rèn)為，英國(guó)/歐洲和美國(guó)的醫(yī)療健康系統(tǒng)存在一些差異，這些差異可以大致概括為前者以公共為導(dǎo)向，后者以私人為導(dǎo)向。這種差異將機(jī)器人系統(tǒng)暴露給不同的利益相關(guān)者，從而影響了機(jī)器人系統(tǒng)的早期采用。

例如，美國(guó)富裕的私立醫(yī)院能夠收購(gòu)da Vinci?機(jī)器人以展示他們的技術(shù)熟練程度。這推動(dòng)了機(jī)器人的早期應(yīng)用，并增加了醫(yī)院和患者對(duì)機(jī)器人的需求。此外，使用機(jī)器人的成本可以通過(guò)增加住院費(fèi)和手術(shù)費(fèi)直接轉(zhuǎn)嫁給患者或保險(xiǎn)公司。

相比之下，在英國(guó)的國(guó)家醫(yī)療衛(wèi)生服務(wù)（NHS）體系中實(shí)施這種方法更為復(fù)雜。在公共資助的NHS中，費(fèi)用不是讓患者支付，而是必須由國(guó)家預(yù)算提供資金。因此，在這類政府監(jiān)管的健康相關(guān)領(lǐng)域中，機(jī)器人的早期應(yīng)用更具挑戰(zhàn)性。

對(duì)醫(yī)療經(jīng)濟(jì)的影響

一些研究表明，熟練的腹腔鏡外科醫(yī)生能夠提供與機(jī)器人手術(shù)相媲美的結(jié)果。有人可能會(huì)認(rèn)為機(jī)器人手術(shù)可以提高整體的一致性、安全性和質(zhì)量，而不是比熟練的外科醫(yī)生做得更好。其實(shí)，這也會(huì)使漫長(zhǎng)的手術(shù)過(guò)程變得不那么費(fèi)力。然而，任何改進(jìn)都是以機(jī)器人的巨額成本，以及工具和維護(hù)的經(jīng)常性成本為代價(jià)的，這對(duì)已經(jīng)在財(cái)政上難以為繼的醫(yī)療保健系統(tǒng)造成了壓力。

最近幾項(xiàng)調(diào)查已經(jīng)討論了以da Vinci?為案例研究的機(jī)器人手術(shù)的成本效益。研究還指出了該如何進(jìn)一步降低這種系統(tǒng)的成本及其使用的成本（Freschi等人于2014年提出）。對(duì)于像外科手術(shù)機(jī)器人這樣研究密集型的開(kāi)發(fā)來(lái)說(shuō)，需要逐步對(duì)早期所做的重大初始投資進(jìn)行回報(bào)是可以理解的。我們認(rèn)為，在應(yīng)用新型機(jī)器人系統(tǒng)的初期就評(píng)估其成本效益還為時(shí)過(guò)早。對(duì)大多數(shù)評(píng)估機(jī)器人手術(shù)經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)的研究只能獲得使用早期機(jī)器人系統(tǒng)進(jìn)行干預(yù)的數(shù)據(jù)，而為了更公平的比較，我們應(yīng)該等到更多系統(tǒng)被采用并獲得經(jīng)驗(yàn)的時(shí)候再進(jìn)行評(píng)估。

此外，應(yīng)該理解的是，機(jī)器人早期應(yīng)用成本更高——從電話到汽車(chē)再到個(gè)人電腦，這個(gè)例子在歷史的技術(shù)的突破中屢見(jiàn)不鮮。隨著競(jìng)爭(zhēng)者進(jìn)入市場(chǎng)并且技術(shù)逐漸成熟，成本開(kāi)始降低。

高入門(mén)級(jí)成本

外科手術(shù)機(jī)器人技術(shù)面臨的另一個(gè)挑戰(zhàn)是該領(lǐng)域的入門(mén)級(jí)成本非常高。這一點(diǎn)對(duì)于需要通過(guò)撥款資助的學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)，以及需要吸引大量種子投資的初創(chuàng)公司而言，產(chǎn)生了負(fù)面影響。手術(shù)機(jī)器人的成功研究和開(kāi)發(fā)，甚至在不計(jì)入監(jiān)管費(fèi)用的情況下，成本達(dá)到了數(shù)百萬(wàn)美元。對(duì)于入門(mén)級(jí)研究人員而言，這種資金水平是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的，特別是在當(dāng)前的經(jīng)濟(jì)環(huán)境下。我們需要國(guó)家卓越中心（national centres of excellence）來(lái)培養(yǎng)有才能的研究人員，以建立一個(gè)關(guān)鍵的、更重要的是充滿活力的生態(tài)系統(tǒng)，將學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界聯(lián)系起來(lái)，以解決外科手術(shù)機(jī)器人所面臨的一些主要挑戰(zhàn)。

這個(gè)問(wèn)題類似于機(jī)器人技術(shù)軟件開(kāi)發(fā)的高成本（時(shí)間），而這已經(jīng)在很大程度上被機(jī)器人操作系統(tǒng)（ROS）打破了。ROS允許在某種程度上重用代碼和模塊化，并且正在去除若干個(gè)研究項(xiàng)目的成本。

對(duì)于硬件來(lái)說(shuō)也需要類似的方法，而且這種需求已經(jīng)開(kāi)始通過(guò)da Vinci?研究套件和RAVEN?平臺(tái)得到解決。然而，實(shí)質(zhì)上，這些都是完整的硬件系統(tǒng)，而學(xué)術(shù)界真正受益的是可重復(fù)使用的、模塊化的、緊湊型的硬件組件和開(kāi)源硬件平臺(tái)。而現(xiàn)在那些用于康復(fù)和仿生學(xué)的研究成果，如OpenBionics和Yale OpenHand應(yīng)該得到鼓勵(lì)和關(guān)注。

知識(shí)產(chǎn)權(quán)

在討論知識(shí)產(chǎn)權(quán)（IP）時(shí)要考慮的一個(gè)重要方面是未實(shí)現(xiàn)或不可實(shí)現(xiàn)的產(chǎn)業(yè)專利的財(cái)富性。專利正逐漸變成一系列并不打算實(shí)現(xiàn)的，擬議的系統(tǒng)和機(jī)制。這淡化了“發(fā)明保護(hù)”的含義，并通過(guò)本質(zhì)性地創(chuàng)建一個(gè)可能阻礙創(chuàng)新資本化的“專利雷區(qū)”來(lái)對(duì)未來(lái)的企業(yè)構(gòu)成風(fēng)險(xiǎn)。

學(xué)術(shù)與產(chǎn)業(yè)方法

知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)的重要性體現(xiàn)在Robodoc和Acrobot所采取的不同路線上。正如上文所述，Robodoc通過(guò)Curexo Technologies找到了自己的市場(chǎng)，而Acrobot則經(jīng)歷了一系列的收購(gòu)。雖然背后有多種因素，但Davies博士在最近的論文中提出，有限的知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)是其中一個(gè)主要原因。

有人可能會(huì)說(shuō)，這個(gè)案例表明了學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)之間的根本區(qū)別。學(xué)術(shù)界在專利方面擁有的資金有限，再加上對(duì)初創(chuàng)企業(yè)專利授權(quán)的僵化，可能是Acrobot缺乏專利和面臨風(fēng)險(xiǎn)增加的原因之一。另一方面，Robodoc得到了以專利為導(dǎo)向的公司的支持，最終得到了更多的保護(hù)而不受競(jìng)爭(zhēng)的影響。因此，積極的專利似乎是成功商業(yè)化的先決條件。

未來(lái)的手術(shù)機(jī)器人

更小巧、更智能、更安全的設(shè)備

外科手術(shù)機(jī)器人技術(shù)研究正在朝著平臺(tái)的發(fā)展方向進(jìn)行，以便在需要機(jī)器人協(xié)助的情況下執(zhí)行外科工作流程的特定部分，而不是遵循使用完全成熟系統(tǒng)覆蓋整個(gè)手術(shù)過(guò)程的更為“傳統(tǒng)”的方法（見(jiàn)圖4）。這遵循了手術(shù)機(jī)器人技術(shù)的總體趨勢(shì)——在未來(lái)，我們不太可能看到更大和更為昂貴的平臺(tái)的發(fā)展，因?yàn)槲覀儗?duì)普通大眾普遍使用的技術(shù)、這些系統(tǒng)的成本效益，以及機(jī)器人輔助的有形臨床益處，很大程度上變得更加理性。

未來(lái)的臨床關(guān)注可能會(huì)集中在智能、小型化、機(jī)電一體化增強(qiáng)或機(jī)器人輔助手術(shù)器械的開(kāi)發(fā)。這些智能儀器將與先進(jìn)的成像和傳感技術(shù)相結(jié)合，結(jié)合通過(guò)該設(shè)備的儀器進(jìn)行早期診斷和干預(yù)。

增強(qiáng)視力、感知和控制

隨著外科手術(shù)中機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)輔助也一直在不斷發(fā)展，通過(guò)提供沉浸式可視化、立體高清圖像和通過(guò)不同感知通道的術(shù)中反饋來(lái)改善外科醫(yī)生的體驗(yàn)。以往受腹腔鏡方法嚴(yán)重影響的視覺(jué)和觸覺(jué)，現(xiàn)在正以一種增強(qiáng)的方式返回到微創(chuàng)外科醫(yī)生那里，從而產(chǎn)生更安全、更準(zhǔn)確的手術(shù)。

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)與觸覺(jué)反饋和主動(dòng)約束（或虛擬裝置）相結(jié)合，將外科手術(shù)指導(dǎo)轉(zhuǎn)換為感知啟用的協(xié)同控制，其中，外科醫(yī)生和機(jī)器人有效地共享工具的命令。隨著計(jì)算資源變得越來(lái)越強(qiáng)大，來(lái)自大量傳感器的信息融合使得機(jī)器人對(duì)手術(shù)環(huán)境有越來(lái)越強(qiáng)的意識(shí)，并且可能使得外科醫(yī)生通過(guò)讓機(jī)器人在監(jiān)督環(huán)境下自動(dòng)執(zhí)行高精度的重復(fù)性子任務(wù)，來(lái)充分利用機(jī)器人輔助。

細(xì)胞水平干預(yù)

未來(lái)的外科手術(shù)機(jī)器人將在微觀層面上與病理部位相互作用，或者通過(guò)微型末端執(zhí)行器進(jìn)行手術(shù)，或者作為不受束縛的智能體，局部遞送高濃度藥物而不會(huì)產(chǎn)生系統(tǒng)副作用。隨著機(jī)器人開(kāi)發(fā)朝著微觀和納米尺度層面的發(fā)展，臨床醫(yī)生、工程師和分子生物學(xué)家將不得不聯(lián)合起來(lái)，結(jié)合他們的領(lǐng)域特定知識(shí)在這些尺度上進(jìn)行運(yùn)作，例如，采用生物標(biāo)記來(lái)輔助機(jī)器人瞄準(zhǔn)和電磁能量吸收。機(jī)器人開(kāi)發(fā)將結(jié)合機(jī)電一體化、物理學(xué)和化學(xué)，潛在地協(xié)助免疫系統(tǒng)識(shí)別和對(duì)抗腫瘤。

非侵入性方法

非侵入性電磁輻射療法，例如聚焦超聲波或質(zhì)子束，甚至可能在該市場(chǎng)建立之前就破壞手術(shù)機(jī)器人市場(chǎng)。進(jìn)一步的競(jìng)爭(zhēng)解決方案可以來(lái)自藥物領(lǐng)域，一種具有基于抗體的腫瘤靶向方法。因此，外科手術(shù)機(jī)器人在“傳統(tǒng)的”腫瘤切除之外尋求建立自己的領(lǐng)域是很重要的，例如，用于截癱的重建神經(jīng)元手術(shù)和假肢植入手術(shù)。

世界上許多國(guó)家已經(jīng)意識(shí)到外科手術(shù)機(jī)器人技術(shù)以人類為中心的潛力，以及創(chuàng)新所需的集中支持，并制定了研究和開(kāi)發(fā)的路線圖，同時(shí)承諾提供重大財(cái)政支持。在下文中，我們研究并比較兩個(gè)現(xiàn)有的路線圖。

未來(lái)的路線圖

美國(guó)和英國(guó)在外科手術(shù)機(jī)器人研究方法上的分歧明顯體現(xiàn)在最近公布的路線圖文件中。雖然美國(guó)的建議旨在解決仍然限制商用外科手術(shù)機(jī)器人能力的技術(shù)挑戰(zhàn)，例如觸覺(jué)感應(yīng)、外科醫(yī)生更好的沉浸、詳細(xì)的解剖路線圖以及在狹窄空間內(nèi)的導(dǎo)航。而英國(guó)的指導(dǎo)方針基本上是以市場(chǎng)為導(dǎo)向，注重成本效益和監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)。值得注意的是，歐盟的方法是通過(guò)促進(jìn)學(xué)術(shù)和產(chǎn)業(yè)合作，以及引領(lǐng)技術(shù)遷移的創(chuàng)新研究，努力解決研究和轉(zhuǎn)化問(wèn)題。