一、医疗手术机器人三维动画案例展示
二、手术机器人的应用和发展
手术机器人作为医疗机器人的重要子领域，融合了临床医学、生物力学、机械学、计算机科学以及微电子学等多个学科的高新技术。其出现与应用将手术精度、手术效率、患者治疗效果的标准提升到了一个新的高度。
1、手术机器人的应用
手术机器人是集医学、生物力学、机械学、计算机科学等多学科于一体的医疗器械产品，借助微创手术和相关底层技术发展，能从视觉、听觉和触觉上为医生进行手术操作提供支持，被用于高于人类能力的微创手术领域，实现对手术器械的精准控制。
手术机器人的应用不仅能够有效弥补传统脊柱外科手术操作的弊端，而且还推动骨科领域朝着精准化、微创化、智能化的方向发展。
作为人体第二条生命线，脊柱肩负人体躯干的中轴骨骼、神经传导的枢纽职责，包绕着复杂的神经和血管，其临床手术高复杂性与风险性对手术前中后影像印证、手术设备、术者经验与操作技术等提出了更高的要求。
传统术式中的徒手操作会比较依赖于术中扫描影像及医生的临床经验，使骨科医生学习曲线过长，人才培养也因此受限。
智能手术机器人带来了临床新思路，与传统脊柱手术相比，智能手术机器人能够为临床医生提供智能术前规划、术中机械臂精准定位、导航下植入工具及植入物的全程可视，从而突破传统术中视野局限、操作盲区等瓶颈，做到真正的“脑”、“手”、“眼”协调，达到结果可预见的操作效果，有效减少术中出血和手术时间，提升手术安全性和精准度。
传统骨科手术“徒手操作”的模式面临着“看不见、打不准、拿不稳”三大难题。医生在做骨科手术的时候，会有很大的创伤创口，需要整个脊柱暴露之后，才能去做手术。
智能手术机器人可以解决暴露的问题，在微创下去做一些手术，同时提供给医生准确的定位，出血量会很少。智能手术机器人的微创手术出血量可能在8~10毫升，整个的开放手术的话，可能会到200毫升左右的水平。
上图为手术机器人
智能手术机器人技术的发展使术者在手术过程中实现了较传统技术更精准、安全、微创的诊疗。普爱医疗智能手术机器人用智能化的方法重塑了骨科手术流程，帮助医生更加准确、安全、高效地开展手术。
智能手术机器人优化了机器人操作手术流程，给骨科医生带来了更高效的工作流程体验，大大丰富了机械臂功能，适应更多复杂的手术应用场景，显著改善手术操作体验，让术者更加轻易上手。
在智能手术机器人辅助的骨科手术中，医生通过三维C形臂对患者的患处进行一次扫描，把患者的3D人体信息扫描至电脑中。
系统自动匹配完成后，可以看到患者的骨骼组织，医生可以选择合适的路径，避开患者的重要组织部位。确认手术路径以后，机器人可以通过导航技术和机械臂运动控制技术，准确地运动到相应地方。
智能手术机器人赋予了医生更加灵活的手，通过计算机算法自动过滤外科医生手部固有的震颤。医生用3D C形臂为患者病灶拍片，机器人“大脑”自动接收片子并显示在屏幕上，医生根据片子制定手术方案。在机器人“眼睛”的实时观测下，机器人“手臂”引领医生找到准确位置，医生通过机器人的“手臂”进行手术。
上图为机器人手臂
手术机器人延伸了人眼人手的极限，为外科手术带来新可能。随着外科手术的复杂程度和患者对高精度、低损伤、舒适化的需求不断提高，依赖于医生手、眼的传统手术形式面临着难以克服的瓶颈。
机器人辅助手术（robot-assisted surgery，RAS）能够延伸医生观察和操作的极限，为外科手术带来新可能，解决医生、患者、医院端的临床痛点。
（1）医生端：高精、减压、稳定的优质手术助手
3D影像技术允许手术部位放大10~15倍，延伸“人眼”的极限；
手术机器人的定位精度均在毫米级别；
手术时间短，减少医生体力消耗，减少因疲劳等原因带来的手部震颤；
缩短学习曲线。
（2）患者端：手术创口小、恢复时间快、出血量少且术中后疼痛减轻，
与传统开放性外科手术相比，手术机器人具有精准、微创的优势：创口在12cm左右（传统手术为1020cm），出血量降低95%以上；
住院时间减少，再次入院几率降低。
（3）医院端：有助于破解医疗资源不充分、不平衡难题
机器人辅助手术可以配备更少的医护人员，提高手术效率；
通过远程操作助力医疗机构、医疗人员分布不均问题。
按照临床应用领域可将手术机器人分为腹腔镜手术机器人、骨科手术机器人、经皮穿刺手术机器人、泛血管手术机器人、经自然腔道手术机器人和其他（如神经外科）手术机器人共6大类。
上图为机器人分类
2、腹腔镜手术机器人
腹腔镜手术机器人是商业化最为成功的代表。腔镜手术机器人是为完成各种复杂的微创手术而设计的，通常采用主从遥控操作的操控方式，由外科医生控制台、患者侧手术车和一套三维高清影像系统组成。
由于传统微创手术（MIS）主要借用内窥镜和相关器械在人体天生官腔内（腹腔、盆腔、胸腔等）进行手术操作，腔镜手术机器人在人体内的部分与MIS手术较为接近，其差异更多在于操作系统对机械臂的精准操控从而实现手术。
腔镜手术机器人相比于MIS手术具备微创、精细、灵活等显著优势，更大程度扩展外科医生的手术能力，并在泌尿外科、妇科、普外科拥有很好的运用前景。
在妇科领域，腔镜手术机器人的应用正逐步打开市场。针对良性疾病，机器人辅助的手术包括子宫切除术、子宫肌瘤剔除术、阴道骶骨固定术、子宫内膜异位症手术；针对恶性疾病，机器人辅助手术包括子宫内膜癌、宫颈癌及卵巢癌手术。普外科领域也是机器人手术的主要赛道，主要术式包括疝修补、结直肠手术、减肥和胆囊切除术。
腹腔镜手术机器人是商业成熟度最高、临床应用最广泛的手术机器人。广泛应用于心脏外科、普通外科、泌尿外科、胸外科、肝胆胰外科、胃肠外科、妇科等相关的微创手术，具有手术创口小、操作精度高、灵活性强、重复性好以及不受疲劳和情绪等人体生理因素影响等优点。
腹腔镜手术机器人使用成本高，目前多集中于三甲医院。手术机器人的使用成本包括设备购买、机械臂使用、器械使用和维修费用。以腹腔镜手术为例，传统腹腔镜手术的设备成本为300400万元，每年设备维修费用约10万元。
而腹腔镜手术机器人的设备成本接近2000万元，为传统手术的67倍，且每年的维修费用高达150万元，高昂的费用使得其应用多集中于三甲医院。
根据机械臂数量可将腔镜手术机器人分为多孔和单孔腔镜手术机器人。多孔腔镜手术机器人具有多个机械臂，手术通过多个孔口进行，手术视野广，在进行操作要求高且复杂手术时具有较大优势。
单孔腔镜手术机器人采用单一机械臂，专用于单孔腔镜手术，在高度聚焦的狭窄空间中进行手术更有优势，同时由于其仅为单个手术切口，具有创伤小且恢复快等优点。
3、骨科手术机器人
骨科手术机器人用于辅助骨科手术，其核心功能包括定制三维术前方案、提高手术部位图像清晰度、减少震颤和提高手术精度、减少对健康骨骼和组织的损伤、减少失血、保护神经、缩短住院时间和加快康复，并可指导远程手术和降低术中透视（X射线）来降低辐射。
上图为骨科手术机器人
骨科手术机器人是人类历史上最早出现的手术机器人之一。1985年美国首次使用工业机器人进行脑肿瘤活体组织切片检查，验证了手术机器人的精准优势。1987年首次出现了定位机器人应用于骨科的临床专利申请。
1997年至2009年，计算机技术辅助外科技术发展，骨科手术机器人逐渐应用于髋关节和膝关节的置换手术。1998年，英国帝国理工学院Davis等研发了用于膝关节手术的Acrobot机器人系统。
2008年，美国Mako Surgical公司研制出RIO手术机器人，用于全膝关节或膝关节单髁置换手术，其最大优势是医生和机械臂共同操作手术器械完成手术。
骨科手术机器人的组成大致上可分为控制系统、定位导航装置、机械臂装置以及配套的工具集。控制系统是骨科手术机器人的核心，除了各部件的集成之外，图像处理软件模块、手术规划软件模块、机械臂控制模块所牵涉到的算法是各个机器人公司独立研发的核心秘密。定位导航系统包括成像模块、追踪模块和显示模块。
对于操作手术的机械臂，目前应用在医疗机器人上的机械臂主要分为丝传动和齿轮机传动两种。丝传动机械臂的优点是体积小，能实现一定程度力学反驱，机械臂操作的僵硬感比较少；缺点是钢缆驱动的易疲劳性会相对影响精确度，需要定期更换。另一种是齿轮电机传动系统，优点是能长期保持精度，缺点是体积较大且操作手感僵硬。
4、泛血管手术机器人
泛血管手术机器人是一种主从式的机电设备，在心脏、脑部、外周血管相关疾病的介入手术中，能够辅助医生远程控制导管导丝进行手术。一般是医生通过手柄输入动作，机器人从端复现医生手部动作。
其优势在于精度与辐射两方面，通过医生在操作舱里操作导管、导丝等器材介入，帮助操作者摆脱了铅衣带来的负担，并减少了辐射吸收。实验证明，机器人辅助经皮冠状动脉介入治疗手术能使医生减少95%的辐射，同时使患者减少20%的辐射。
介入医生通过机器人辅助能够对导管实现毫米级控制，减少导管与血管壁之间的碰撞，降低了并发症的发生率，对复杂病例的成功率超过98%，减少了一些不必要的耗材使用。
上图为血管手术机器人
5、经自然腔道手术机器人
经自然腔道手术机器人是指通过人体自然路径进入目标部位，并可控制其进行诊断或手术的机器人。此类机器人应用于耳鼻喉、泌尿、妇科等科室，主要优势在于无需在体表打孔，手术创伤小、恢复快，减轻患者痛苦。经自然腔道手术机器人可帮助医生以较小的创伤完成复杂的手术操作，实现更高的手术精度和安全性。
例如，在耳鼻喉科手术中，经自然腔道手术机器人可以通过口腔或鼻腔进入体内，对咽喉、鼻腔等部位的病变进行精准切除，避免了传统手术对周围组织的损伤。在泌尿科手术中，机器人可以通过尿道进入膀胱、输尿管等部位，进行碎石、切除等操作，减少了手术风险和并发症。
6、经皮穿刺手术机器人
经皮穿刺手术机器人主要用于引导手术器械通过皮肤穿刺进入体内，对病变部位进行精准治疗。这类机器人通常配备先进的成像系统和导航技术，能够实时显示病变部位的位置和形态，帮助医生确定最佳的穿刺路径和角度。
经皮穿刺手术机器人广泛应用于肺部、肝脏、肾脏等部位的肿瘤治疗。例如，在肺部肿瘤治疗中，机器人可以引导穿刺针准确到达肿瘤部位，进行活检或消融治疗，避免了传统手术对肺组织的损伤。
7、神经外科手术机器人
神经外科手术机器人是专门用于神经外科手术的机器人系统。由于神经外科手术涉及大脑等重要器官，对手术精度和安全性要求极高。神经外科手术机器人通过先进的成像技术、导航技术和机械臂技术，能够实现对大脑病变部位的精准定位和切除。
上图为外科手术机器人
例如，在脑肿瘤手术中，机器人可以引导手术器械以毫米级的精度到达肿瘤部位，进行切除操作，同时保护周围正常脑组织不受损伤。此外，神经外科手术机器人还可以用于脑深部刺激（DBS）等手术，帮助治疗帕金森病等神经系统疾病。
三、三维动画展示手术机器人的优势和应用场景
1、手术机器人的精准操作
三维动画可以展示手术机器人在手术过程中的精准操作。通过模拟机械臂的运动轨迹和手术器械的精确定位，展示手术机器人如何以毫米级的精度完成手术操作。这有助于观众了解手术机器人的高精度和安全性。
2、手术机器人的微创优势
三维动画可以展示手术机器人在微创手术中的应用。通过模拟手术过程，展示手术机器人如何通过自然腔道或微小切口进入体内，对病变部位进行精准治疗。这有助于观众了解手术机器人的微创优势和术后恢复速度。
3、手术机器人的实时导航和成像
三维动画可以展示手术机器人的实时导航和成像功能。通过模拟手术过程，展示手术机器人如何实时显示病变部位的位置和形态，帮助医生确定最佳的手术路径和角度。这有助于观众了解手术机器人的智能化和可视化特点。
上图为手术机器人三维动画
4、手术机器人的远程操作
三维动画可以展示手术机器人的远程操作功能。通过模拟医生在远程操作舱内控制手术器械的场景，展示手术机器人如何实现远程手术操作。这有助于观众了解手术机器人的远程医疗应用前景和优势。
5、手术机器人的应用场景
三维动画可以展示手术机器人在不同科室和手术中的应用场景。通过模拟不同科室的手术过程，展示手术机器人在骨科、泌尿外科、妇科、神经外科等领域的应用效果。这有助于观众了解手术机器人的广泛应用和市场需求。
四、综述
综上所述，手术机器人的应用和发展为医疗行业带来了革命性的变革。通过三维动画展示手术机器人的优势和应用场景，可以更加直观地了解手术机器人的工作原理和实际应用效果，为医疗行业的发展和进步提供有力支持。
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