在过去的数十年中，智能医疗技术一直是研究的热点，其中医用机器人是最具发展前景的智能技术之一。国内外多项机器人产品已成功获得临床应用，机器人在许多医学领域中已显示出其优势，应重视我国医用机器人的研发与应用。
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医用机器人是集医学、机械学、生物力学及计算机科学等多学科于一体的医疗器械产品［1］。按照临床医学应用角度，大致可分为手术机器人、康复机器人、社会辅助型机器人等。
手术机器人作为创新型智能医疗设备，能在人体腔道、血管和神经密集区域完成精细的手术操作，具有定位准确、手术创伤小、感染风险低和术后康复快等优点，可满足患者对优质医疗服务的需求，亦能帮助更好地应对全球老龄化引起的医疗资源不足等问题，因而引起世界广泛关注［2］。我国手术机器人的相关研究始于20世纪90年代中期，在我国各类科技计划项目的支持下，手术机器人的研发分别在骨科、普外科、泌尿外科及神经外科等领域取得了重要的突破［3］。
骨科手术机器人是促进骨科手术精准化、微创化发展的核心智能设备。自诞生以来，骨科手术机器人就受到了长期与广泛的关注，已成为国内外研究的重点。目前骨科手术机器人主要应用于脊柱外科手术、关节置换术、四肢骨折等手术中。
1.通用型骨科手术机器人：天玑®机器人系统是由北京积水潭医院和北京天智航医疗科技股份有限公司等单位共同研发的骨科手术机器人，2016年获得中国国家药品监督管理局（NMPA）批准上市。天玑机器人为全球首台通用型骨科手术机器人，突破了同类产品适用部位单一的局限，可应用于脊柱全节段、骨盆、四肢等13个部位的手术［4, 5, 6, 7］。它突破了配准特征自动识别与呼吸运动补偿随动控制技术，将骨科手术机器人产品临床精度在全球首次突破1 mm定位精度瓶颈，领先于国际同类产品［8］。它由移动式6自由度串联式机械臂系统、光学跟踪系统和手术规划及导航系统组成。医生基于术中的三维扫描图像，通过手术规划软件设计螺钉置入的路径。实时导航系统可自动计算螺钉规划路径的实际空间位置，并在光学跟踪系统的引导下控制机械臂及其末端的导向器工具定位至预定路径，引导术者置入导针与螺钉。北京积水潭医院通过前瞻性随机对照研究，证实了天玑机器人辅助颈椎螺钉、胸腰椎螺钉和骶髂螺钉内固定术的准确性均优于传统徒手手术［4, 5, 6］。国际上少有其他同类型机器人产品。
2.脊柱手术机器人：SpineAssist®脊柱手术机器人（Mazor Robotics）是美国食品药品监督管理局（FDA）在2004年批准的首款用于脊柱外科手术的机器人［9］。SpineAssist系统属于微型并联机器人，它是基于术前CT的半主动式机器人系统，具有6个自由度的机械臂，可用于胸腰椎螺钉内固定术。SpineAssist可自动将其机械臂沿着预定的轨迹定位，然后由医生按照指定的通道进行置钉等操作［10］。Renaissance®是Mazor公司在2011年推出的第二代脊柱手术机器人，它在前一代机器人的基础上做了部分优化。临床研究显示，使用Renaissance机器人辅助置入胸腰椎椎弓根螺钉中，螺钉位置可接受率为98.9%［11］。目前SpineAssist和Renaissance已在全球40余个国家/地区的250余家医院使用，已完成了约3万例脊柱手术［12］。美国美敦力公司在2018年收购了Mazor Robotics及其脊柱外科机器人辅助平台，之后推出了Mazor X机器人系统。它引入了光学导航系统和固定在手术台上的串联式机械臂，并兼容术前与术中扫描规划这两种配准模式，通过实时图像导航反馈与三维影像交互规划来提高准确性。临床研究显示，使用Mazor X机器人辅助椎弓根螺钉置入的优秀率为98.7%，可接受率为100%［13］。
ROSA®Spine脊柱手术机器人（Medtech）于2016年获得FDA批准上市。ROSA利用固定在地面可移动基座上的机械臂和导航传感器，用于胸腰椎螺钉内固定术中引导螺钉置入［14］。ROSA机器人可基于三维影像进行手术规划，并实时跟踪机械臂和手术器械的位置。临床研究显示，ROSA机器人辅助胸腰椎椎弓根螺钉内固定的优秀率为89.2%，可接受率为97.3%［15］。2019年，最新的ROSA ONE脊柱机器人通过了FDA认证，并于2020年通过了NMPA的审批。与前期产品相比，该机器人引入了实时导航功能。
Excelsius GPS®脊柱手术机器人（Globus Medical）于2017年获得FDA批准，用于机器人辅助胸腰椎螺钉内固定术。Excelsius GPS机器人系统无需置入导针的步骤，可直接置入螺钉［16］。临床研究显示，使用Excelsius GPS机器人置入椎弓根螺钉的螺钉位置优秀率为89.4%，可接受率为97.7%［17］。
3.关节手术机器人：ROBODOC机器人（Think Surgical）是骨科手术中使用的第一款主动机器人系统，在20世纪90年代获得了广泛的关注，可用于关节置换手术［18］。该系统由规划工作站和具有高速磨削装置的五自由度机械臂组成，可帮助术者选择最佳尺寸的假体，使假体与股骨髓腔完美匹配。研究发现，ROBODOC机器人与徒手后路全髋关节置换术（THA）相比，在两年时具有更好的临床评分和影像学对线，并能更好地恢复下肢长度［19］。但是，由于系统故障、手术时间长、并发症较多等问题，目前临床上已不再使用ROBODOC系统。
MAKO机器人（Stryker）是一款半主动机器人系统，在THA中可用于髋臼准备和股骨假体位置评估，在全膝关节置换术（TKA）中可用于辅助截骨操作。该机器人具有触觉反馈的机械臂，在达到骨骼切除边界时通过限制机械臂的运动范围，来确保手术的准确性。在THA中，使用MAKO机器人可改善臼杯外展角和前倾角［20］。临床研究显示，机器人辅助TKA比传统手术具有更高的患者满意度、更轻的术后疼痛和更好的术后功能评分［21］。
NAVIO PFS机器人（Smith&Nephew）是无图像的半主动机器人系统，具有与MAKO类似的特点，主要用于TKA。它可通过触压觉反馈来提高医生的控制力和手术安全性，并通过限制截骨空间深度来控制截骨量。研究表明，NAVIO机器人的准确性高，可较好地恢复关节线高度和下肢力线［22］。
4.骨折复位机器人：最早报道的骨折复位机器人为1995年Bouazza-Marouf等［23］研究的股骨复位引导机器人。2005年，Gosling等［24］开展了一系列机器人辅助股骨干骨折复位操作的研究，使用具有触觉力反馈的手柄控制机器人完成复位。2013年，Wang等［25］研制了股骨干骨折复位机器人，采用圆盘平台和2/3圆环构建并联机器人，在模型骨和尸体骨模拟了股骨骨折复位，且证实复位精度<1 mm。2016年，北京积水潭医院苏永刚等［26］将基于体感交互的控制方法引入骨折复位机器人，不仅达到了良好的复位精度，而且缩短了操作时间。
5.国内外对比：目前，我国自主研发的天玑机器人是国际上唯一的通用型骨科手术机器人，且其在脊柱手术中的定位精度领先于国外同类机器人。而我国的关节手术机器人研发起步较晚，尚处于临床试验阶段，与国外还存在一定差距。在脊椎椎板切除手术机器人研究方面，国内外目前仍集中在关键技术探索阶段。国内外的部分骨折复位机器人已进入临床试验阶段。
腔镜技术的应用开创了手术微创化的时代，越来越多的腔镜手术取代传统手术，但其自身的局限性限制了微创技术向更复杂手术的拓展。近年来，以DaVinci外科手术系统为代表的手术机器人成功开发并进入临床，在外科诸多领域得到越来越广泛的应用，并取得了良好效果。
1.国外腔镜手术机器人：英国皇家理工学院在1980年研制的Probot机器人用于泌尿外科微创手术，是真正意义上的第一台用于微创手术的机器人［27］；美国Computer Motion公司基于AESOP内窥镜操作系统，于1996年推出了ZEUS机器人系统，用于外科手术［28］。
美国直觉机器人公司于1999年研制了DaVinci外科手术系统，由外科医生控制台、机械臂系统、成像系统构成，2000年该系统通过FDA许可进入临床，目前已经发展到第4代，最新一代是于2014年推出的DaVinci Xi，相较于旧产品，其具有更小、更薄的操作手臂和更广的运动范围［29］。该公司于同年推出了DaVinci SP单孔手术机器人系统并获得了美国FDA许可，是目前唯一商用化的单孔手术机器人系统。DaVinci外科手术系统最初应用于普外科腹腔镜手术，现在也广泛应用于泌尿外科、妇科、心胸外科等领域［30, 31, 32］。国外的腔镜手术机器人还有Raven、DLR MIRO、SPORT、“Revo-I”、Senhance和Versius机器人等［33, 34］。
2.国内腔镜手术机器人：由天津大学与威高集团共同研制的“妙手”系列手术机器人已进入临床试验阶段，已辅助实施了胆囊摘除、结肠癌根治及胃癌根治等多例复杂临床手术，有望在近期实现产业化［35, 36］。其余在研的腹腔微创手术机器人包括上海交通大学研制的“神刀华佗”微创手术机器人［37］和哈尔滨工业大学研制的“华鹊-Ⅱ”型微创手术机器人［38］。
机器人辅助神经外科的萌芽在20世纪80年代，PUMA机器人最早用于神经外科。神经外科手术机器人多用于辅助立体定向手术［39］，主要产品包括Neuromate、ROSA Brain和睿米机器人等。
虽然近年来，神经外科手术机器人技术性能有了大幅提高，装机总数及手术数量均快速增长，但受神经外科专业技术的特殊性所限，国内外手术机器人的应用亦受到一定影响，仅在立体定向手术方面较为成熟。虽然我国神经外科手术机器人技术已取得了飞速发展，但与国外相比，仍有许多技术需要改善。国内外的开颅手术机器人仍处于初级研究阶段，机器人辅助开颅手术的方式是今后神经外科精准治疗的增长点之一。
康复机器人是辅助人体完成肢体动作，实现助残行走、康复治疗等功能的一种医用机器人，可被认为是一种特殊环境下的“可穿戴设备”。康复机器人可为患者提供差异化训练，增强患者主动运动意识，减少康复训练时间，提高康复训练效果。康复机器人是卒中、脊髓损伤等引起的运动障碍康复训练的重要技术手段和方法。
已上市的上肢康复机器人主要有Armeo Power、Fourier M2、SPAR等；已上市的下肢康复机器人主要有MINDWALKER、熙睿名义、ReStore、NovoSkeleton等［40］。
国外的康复机器人虽然已实现产业化，但对国内实行技术垄断，产品价格昂贵、助力效率偏低、协调性较差，不利于产品的推广使用。康复机器人在中国存在很大的市场和商业契机，我国虽然已经获得一些研究成果，但多数仍处于试验阶段，交互灵敏度低、穿戴体验感差、意图识别准确率有待提高。
社会辅助型机器人最主要的特质是辅助性与社会互动性［41］。社会辅助型机器人在特定功能机器人上进一步减少机器人与人的沟通差异，兼顾生活护理及情感陪护功能，实现康复、学习等目标。机器人弥补了医疗资源短缺的问题，更好地服务于医疗和社会，尤其适用于老年患者及自闭症儿童［42］。
日本2003年研发的PARO机器人是一种外形貌似海豹的伴侣型机器人，到目前已经8代更新。Wada和Shibata［43］发现使用PARO机器人的用户出门次数增多，更愿意与邻居增进了解。一项PARO机器人的疗效队列研究发现其对痴呆患者有显著的治疗作用［44］。Kozima等［45］在2007年设计研发了一种治疗自闭症的Keepon机器人，可改善患儿的社会沟通能力。一项队列研究证实，仿真躯干型机器人有助于老年痴呆患者的记忆力和情感功能的构建［46］。
社会辅助型机器人尚不能替代人们的日常活动交流，只能帮助患者更好地融入社会［42］。在此类机器人的技术研究与开发方面，日本、美国和德国等西方国家处在国际领先位置。我国在上世纪90年代也已经开始了相关技术研究，1995年清华大学提出高位截瘫患者的护理机器人的构想与研发。
2001年，美国的一个医疗团队使用ZEUS机器人系统完成了世界上第一台远程手术［47］，一例腹腔镜胆囊切除术，开启了远程手术的先河。但受当时网络速度与延迟的影响，手术过程中手术医生能够感受到操作与画面之间存在明显延迟。
每一次移动通信技术的更新都给远程医疗带来一次更新与进步，而目前最新的第五代移动通信技术（5G），具有高速的网络传播速度、强大的抗干扰能力、低网络延迟与强大的大规模连接能力，给远程机器人手术的发展带来了全新的概念与动力。2019年2月27日，西班牙巴塞罗那的医疗团队通过5G网络远程指导肠道肿瘤的切除，成为世界上第1例使用5G网络完成的人体手术；2019年3月16日，国内首例基于5G的远程人体手术——“脑起搏器”植入手术成功完成，填补了国内的空白［48］。
2019年6月27日，世界首例基于5G网络的“一对多”远程骨科机器人手术在北京积水潭医院完成，身在北京的骨科专家同时为山东和浙江的两位患者进行了手术，这次尝试进一步发展了远程手术、远程医疗的形式［49］。在突破了理念创新这一关后，“一对多”远程医疗模式更是不断突破数量关卡，2019年8月28日，远程骨科手术由北京同时连线天津、河北、新疆三地，准确地完成了“一对三”的远程手术操作，中国骨科在远程手术领域不断取得突破。
在远程机器人手术方面，我国起步虽晚于国外，但在最新5G技术的探索与应用上已经领先国际，在基于5G技术的远程手术上也居于领先水平。5G技术下远程医疗的进步也许仅仅是5G技术带给医疗领域进步的冰山一角，智慧医疗的不断探索可能发挥出5G技术更大的优势。
医用机器人目前的智能化与自动化程度还有待提高，现阶段的医用机器人大多是非自动化或任务自动化，还无法实现完全自动化。新发展阶段下的医用机器人将获得更多“自主”的权限，但这一切必须以安全为前提。未来，通过数据积累和机器学习等途径，机器人与人工智能技术的深度融合将进一步提升医疗水平。机器人将更多地弥补人类能力的短板，给人类提供更多助力，让医生专注于高智能的判断。
在医用机器人技术发展方兴未艾的同时，我们也不得不思考机器人技术可能遭遇的伦理问题。特别是当机器人未来发展到高智能阶段时，更加需要注重符合伦理学规范，要坚持智能技术对医学的正向帮助，而不是追求替代医生。要在智能技术助力医学发展的同时，避免医用机器人在医学伦理学、卫生法学、卫生经济学、医学社会学等方面可能产生的矛盾。机器人将超越人类的部分技能，但是创造性的能力永远是由人类控制，未来将是人和机器的深度合作。
作者声明不存在利益冲突
