机器人手术已被成功引入，以促进腹腔镜手术，甚至包括根治性膀胱切除术和尿流改道术。 然而，这伴随着对直觉外科手术的垄断[3,4]。 该公司拥有 1500 多项关于机器人手术的专利，其中一些早期专利将在未来几年到期（表 1.1）。这促使新制造商推出替代设备（表 1.2）。最近，我们更新了用于泌尿外科和泌尿外科的机器人设备的重要进展。 基于此，我们希望专注于即将推出的设备的技术修改，特别强调未来的临床适用性。
表1.1 最相关专利的历史摘要（修改自Rassweiler等人[6]）
表 1.2 腹腔镜手术机器人的历史发展。除ARTEMIS和AMADEUS外，RRS均在临床上使用（修改自Rassweiler等[6]）
腹腔镜检查机器人设备的历史
回顾泌尿外科机器人手术的早期阶段及其在实际状态下的发展确实令人着迷（表 1.2 和 1.3）。
表 1.3 用于单端口手术的机器人柔性内窥镜多任务平台，具有可能的临床前景
Buess 和 Schurr 于 1996 年率先使用 ARTEMIS 系统进行了第一例远程外科腹腔镜猪胆囊切除术（图 1）。1.1）. 他们从床边版本的机械臂开始[7]。最终设备由代表开放式控制台（主控台）的用户站和仪表台（从站）组成。外科医生已经使用偏光眼镜进行3D-CCD视频成像[8]。1996年，Intuitive的联合创始人弗雷德里克·莫尔（Frederic Moll）访问了德国卡尔斯鲁厄的核研究中心（A.尽管在腹部和心脏手术中进行了各种有希望的实验试验，但该设备从未超出实验状态[9]。随后，所有现有专利都过期（表1.2）。
图 1.1
忒。（a） 第一个实验性使用的腹腔镜远程手术设备（德国卡尔斯鲁厄核研究所）。使用一个机械臂对床边主从系统进行体外研究。（b） 机器人的最终设计，包括一个开放式控制台、两个机械手和3D视频系统
宙斯
ZEUS（美国计算机运动）代表了第一个基于1999年注册专利的临床使用的机器人（表1.1）。外科医生坐在一个开放式控制台上，坐在一把带扶手的高背椅上，使用类似筷子的手柄控制两个机械臂的器械[10]。机械臂安装在手术台上（图1）。1.2）包括由外科医生的声音控制的摄像臂AESOP[11]。不幸的是，这些仪器仅提供 4 个自由度（自由度：钳口、俯仰、插入、旋转）。使用2D或3D视频系统（带有头戴式屏幕）对手术室进行可视化。ZEUS系统最初是为心血管手术而开发的[10]。然而，ZEUS最令人印象深刻的表现是Marescaux的跨大西洋腹腔镜胆囊切除术（“Lindbergh手术”）[12]。尽管相机臂AESOP在腹腔镜泌尿外科手术中得到了广泛的应用[11,13,14,15]，但ZEUS在泌尿外科中很少使用：在机器人辅助肾盂成形术的实验试验和盆腔淋巴结清扫术的临床应用中[16,17]。经过一些法律诉讼，两家公司于2003年宣布合并为一家公司[18]。因此，ZEUS（即7-DOF仪器）和AESOP的所有进一步发展都被停止了（表1.2）。
图 1.2
宙斯。带有语音控制摄像头臂和另外两个安装在手术台上的机器人臂的手术设备，腹腔镜器械提供 4 自由度（计算机运动，美国）。（a） 系统概览。（b） 三臂：声控摄像臂AESOP和连接在手术台上的两个机械手。（c） 带有离线视图和筷子状手柄的开放式控制台，用于操作 4 自由度仪器
达芬奇系列
达芬奇 2000
达芬奇手术系统（Intuitive Surgical，Sunnyvale，美国）基于非营利性研究机构SRI International（美国门洛帕克）的研究，该机构开发了一种用于开放手术的机器人系统，该系统引起了国防高级研究计划局（DARPA）的兴趣，因为它有可能对战场上受伤的士兵进行远程手术[19， 1994年，弗雷德里克·摩尔（Frederic Moll）对SRI系统产生了兴趣，并提出了将其用于机器人辅助腹腔镜手术的想法[21]。即使之前关于开放式远程呈现手术的一些专利可以追溯到 1994 年（i.e. 3D镜技术），但达芬奇 2000 的所有主要专利都是在 1999 年注册的（表 1.1）。
与ZEUS一样，该设备最初是为机器人辅助冠状动脉手术而设计的，在1999年获得CE标志后，在德国莱比锡心脏中心开始临床治疗[22]。此时，远程呈现效果更加受到关注：当我们在2000年初访问心脏中心时，外科医生坐在手术室旁边一个房间的控制台上，所有命令都通过麦克风传输。2000年，Binder在法兰克福率先进行了第一例机器人辅助根治性前列腺切除术，随后包括我们在内的其他欧洲团体[23,24,25,26]，控制台被放置在手术室中。2001年，Menon等人在泌尿外科手术方面取得了突破，建立了一个全面的临床项目[27]。随后，FDA批准将该系统用于前列腺手术。
达芬奇 2000 已经通过引入 Endo-wrist™ 技术充分解决了经典腹腔镜检查的大多数人体工程学问题，例如深度知觉、手眼协调和运动范围有限（图 1）。1.3）. 达芬奇提供了一个封闭的控制台，提供具有在线视图的3D-CCD视频系统。由于离合器机构，带有7个自由度和环状手柄的电缆驱动乐器（Bowden弦技术）实现了符合人体工程学的工作位置[1,28]。离合器机构保持器械/手臂的位置，但外科医生可以重新定位他的手臂。这些从属机械手（即手术臂）提供 3 个自由度（即俯仰、钳口、插入）。最后一个元素是手术器械（即末端执行器）：在器械的尖端，电缆驱动的机械手腕（Endo-wrist-technology™）增加了 3 个自由度（包括旋转）和一个用于工具驱动（即握把）的运动。然而，最初，该设备有一些局限性：没有双极仪器，机械臂的运动范围减小，仅提供三臂系统（图1）。1.4）. 2015年，Intuitive Surgical放弃了第一代的生产和技术支持[6]。
图 1.3
达芬奇 2000 — 控制台人体工程学问题的第一个解决方案。（a） 带有封闭控制台的主从设备，供外科医生使用（Intuitive Surgical，美国）。（b） 扶手和两个环状手柄，用于操纵7-DOF仪器（Endowrist™技术）。（c） 采用镜面技术的3D-CCD相机，提供机械手的直线视图。（d） 用于相机控制、离合器、镜头对焦和单极凝固的脚踏板（最初没有可用的双极仪器）
图 1.4
达芬奇 2000 – 手术台助手的人体工程学问题。（a） 为心脏手术安排机器人推车和控制台。（b） 机器人辅助腹腔镜根治性前列腺切除术的套管针放置（黄色箭头 = 达芬奇套管针）。（c） 在床边安排两名助手，其中一人必须使用双极镊子。（d） 前列腺顶端解剖期间的内窥镜视图：双极镊子辅助的两个机器人器械
达芬奇 S
达芬奇 S 于 2006 年在临床上推出，提供了更好的运动范围、更长的机械臂和可选的第四臂高清视频系统，并实现了双极能量装置（图 1）。1.5）. 这允许进行进一步的手术，如机器人膀胱憩室切除术[29]，甚至经腋窝机器人甲状腺手术[30]。虽然相关专利已于2007年注册，但Intuitive Surgical对Da Vinci S的技术支持已于2017年12月结束（表1.2）。
图 1.5
达芬奇 S——机器人进化的下一步。（a） 基本控制台设计不变，但集成了双极脚踏板，可选配高清摄像头和第四个臂踏板。（b） 运动范围更广的新型机械臂（3个或4个）。（c） 由于机械臂的运动范围更广，为辅助外科医生提供更好的人体工程学设计。（d） 具有单极性和双极性功能的各种7-DOF仪器
达芬奇 SI
2009年，SI系统推出，提供集成的高清视频技术、基于手指的离合器机构和异菁绿荧光（萤火虫™技术）[5,31,32]。Da Vinci Si 双控制台允许两名外科医生在手术过程中进行协作，这是一个理想的培训平台（图 1）。1.6）. 虽然Autschbach[33]早在2000年就已经提出，但随着达芬奇SI的引入，它在临床上得以实现（表1.2）。此外，SI系统允许使用VeSPA系统进行机器人单运动手术，但仅提供4种自由度仪器[5,34]。
图 1.6
Da Vinci SI — 针对泌尿系统适应症和机器人训练优化设计。（a） 带有离合器机构的新设计也可通过指尖 – 可选配双控制台。（b） 3D高清摄像机为异氰青绿（萤火虫™）提供荧光滤光片，使肾动脉可视化。（c） 适用于达芬奇SI系统的模拟器训练系统。（d） 用于单端口手术的 VeSPA 系统，手柄交叉编程，但仅适用于 5 自由度仪器
达芬奇十一
2014 年，Intuitive Surgical 推出了 Da Vinci XI 系统（图 1）。1.7） 8 mm-3D-HD 摄像头可在所有四个端口上自由选择。此功能对于结肠和直肠机器人辅助腹腔镜手术很重要，并且在肾部分切除术中也可能有所帮助。机械臂更精细，以最大限度地减少仪器碰撞，并且可以在连接机械臂时移动手术台。此外，该系统可以提供与特定手术台（Trumpf-Medical，德国）相结合的功能，无需卸下手臂即可移动手术台[6]。这对于需要在不同象限进行解剖的腹部手术（即结肠手术、惠普尔手术）非常重要。下一个重要功能是机械臂相对于工作场的激光辅助编程，将手臂碰撞的风险降至最低。控制台的设计与SI版本相同（图1）。1.6），但现在它始终包含 Firefly™ 选项。此外，XI系统允许将手臂排列旋转90°，这对机器人腹膜镜检查非常有帮助。出色的高清视力、运动规模和菱形针架的使用也使血管造瘘术等显微外科手术成为可能（图 1）。1.7）. 达芬奇XI还提供了新的机器人SP 1098平台用于7-DOF机器人单端口手术[35]。Intuitive 继续为其单端口平台 Da Vinci SP 引入技术进步，例如 7 自由度装订设备或 7 自由度安装装置。
图 1.7
达芬奇 XI——针对跨学科适应症优化设计。（a） 对机械臂进行更精细的设计，以尽量减少使用所有四个机械臂（照相机、仪器）的仪器发生冲突的风险。（b） 3D-HD-video-technology（Scholly，Denzlingen，德国），带有类似于SI的封闭控制台，提供用于摄像机控制、双极和单极电烙术、离合器和激活第四臂的脚踏板（J.Rassweiler） （c） 软件的可选模块，可以在不脱离机器人的情况下移动手术台。该软件仅适用于特定的OR表（Trumpf-Medical，Ditzingen，Germany）。（d） 机器人辅助显微外科血管血管造口术，其基础是使用菱形针架和以10倍放大倍数的3：1比例缩放手臂运动
达芬奇X系统
2018 年，该公司推出了 X 系统，该系统提供了 XI 的几乎所有功能，除了无需卸坞的桌子运动、仅访问两个象限和手臂布置的 90° 旋转。可以使用其余功能和所有仪器。新的达芬奇X被设计为介于SI和XI型号之间，后者目前是手术机器人的顶级产品。Da Vinci X采用了习更薄，更强大的手臂和乐器，并将它们移动到像Si模型一样的推车上。这意味着该系统牺牲了高端型号的一些多功能性，例如同时在身体多个部位执行手术的能力，但这是较低价格的权衡。因此，引入该设备的主要目的是降低那些医院的成本，在这些医院中，普通外科在机器人技术方面没有发挥重要作用，因为它似乎对泌尿科和妇科应用非常有用。Intuitive Surgical的达芬奇X已获得CE标志，促进了其在欧洲的使用（表1.2），并获得了FDA的批准[36]。
替代机器人系统
从 2004 年到 2016 年，Intuitive Surgical 没有积极的反对者，因为 Intuitive 于 2004 年收购了 Computer Motion，转让了与 ZEUS 原理相关的所有专利。这也可能涉及未来具有类似设计的机器人设备，例如开放式控制台或安装在手术台上的三个机械臂。专利保护对Intuitive Surgical的成功至关重要：许多专利保护是出于防御目的，以抵御专利流氓。尽管如此，至少在 2019 年，达芬奇 2000 和 ZEUS 的一些关键专利到期了。这使其他公司能够进入市场（表1.2）。然而，原因不仅是 COVID-19，为什么直到 2022 年才有四个替代机器人系统获得 CE 标志并开始营销活动。
SENHANCE
在欧盟委员会的支持下，意大利医疗保健公司SOFAR（意大利米兰）开始开发一种替代机器人设备，该设备由一个远程控制站和三个机械臂组成，这些机械臂排列在三个独立的推车上（[37];无花果。图宾根科学公司（德国图宾根）开发了基于半径技术的4自由度和7自由度仪器[38]。相关专利于2007年注册（表1.1）。2015年，Transenterix（美国莫里斯维尔）以9980万美元的价格收购了SOFAR的手术机器人部门[41]，随后又从Tuebingen Scientific获得了7-DOF仪器的专利（表1.1）。次年，首次发表使用新型机器人平台进行机器人辅助子宫切除术的临床报道[42,43]。我们能够在米兰总部的设备上接受培训。
图 1.8
SENHANCE（Transenterix，美国）。（a） 安装在三个独立推车上的机械臂。经腹腔镜肾部分切除术的设置。（b） 带3D监视器的控制台，需要带眼动追踪的偏光眼镜（A.S. Goezen）。（c） 使用 5 自由度腹腔镜器械对猪模型中的肾门进行精细解剖。（d） 腹腔镜手柄，用于控制具有 5-7 个自由度的器械
SENHANCE 提供了一个带有 3D-HD 屏幕的开放式控制台，需要偏光眼镜。两个类似于腹腔镜器械的手柄操纵连接到机械臂的器械（图1）。1.8）. 独特的系统功能包括触觉反馈和控制台上的眼动追踪系统。触觉反馈是通过根据仪器尖端的应用，通过控制台上腹腔镜手柄的力引起的反向运动来实现的。眼动追踪系统控制相机的移动：例如，当外科医生的头部接近屏幕时，如果外科医生看向屏幕左侧并且图像被缩放，相机会向左移动（表 1.2）。最初的实验性试验还包括泌尿系统适应证，如肾切除术和前列腺切除术[39,40]。 同时，SENHANCE 拥有普通外科、妇科、泌尿外科和胸外科适应症的 CE 标志。第一批设备已在意大利、德国、荷兰和东欧销售[44]。根据我们自己在猪模型中的经验，腹腔镜解剖技术可以很容易地通过系统转移，但我们在使用眼动追踪来控制相机运动时遇到了人体工程学问题（图1）。1.8）. 该系统允许使用 5–10 mm 4-DOF 仪器。即使基于我们对 Radius 系统的腹腔镜经验，我们也觉得很难应用机器人适配版本。然而，机器人辅助根治性前列腺切除术的成功表现已在现场手术事件中得到报道和证明[45]。
雨果-RAS
Hugo-RAS设备（美国美敦力）基于三个机构之间的合作。2010年，德国航空航天中心（DLR，Oberpfaffenhofen，Germany）公布了包括MICA仪器在内的主从系统MIROSurge的首次实验结果[46]。关键专利分别于2012年和2013年注册（表1.1）。最初的系统使用一个开放式控制台，外科医生坐在自动对焦监视器前（图1）。1.9）. 从属部分由安装在手术台上的三个轻型臂组成。这些机械臂由七个关节（A1–一个7）具有串行运动学，可与人类手臂相媲美，能够操纵由具有三个关节（A7–一个10）提供触觉反馈选项，这是通过电位计实现的。器械控制由Sigma7™技术（Force Dimension，Nyon，Switzerland）提供，使用类似镊子的手柄和微电机[47]。
图 1.9
用于腹腔镜手术的MIRO浪涌机器人（德国航空航天中心，德国;美敦力，爱尔兰）作为美敦力设备的基础。（a） 带有自动立体监视器的控制台和使用西格玛7触觉技术进行力反馈的手柄（Force Dimension，瑞士尼翁）。（b） 三个轻型机械臂安装在手术台上，并配有电动MICA仪器。（c） 模拟期间的MICA仪器。（d） 设计提供三种衔接的中联文书（A8–一个10）通过可选的触觉反馈移动了我的微电机
2013年，美敦力（爱尔兰都柏林）从德国航空航天中心（DLR）获得了商业用途许可，并包括其在美国的两个研发中心的进一步发展[48]。由于美敦力在2015年已经完成了与Covidien的合并，该公司能够开发所有必要的仪器（即末端执行器）。在2015年至2019年期间，美敦力参与了该项目的各种原型（表1.2）。最初，该公司寻求于2019年在美国推出该设备[49]。
然而，尽管做出了所有这些努力，该公司还是不得不面对各种问题，这些问题导致了设备的重大变化，也是基于新获得的专利。正如从3D腹腔镜仪器（Kymerax R，Terumo，Japan）中已经知道的那样，使用微电机来移动末端执行器在允许重复灭菌方面是有问题的。因此，在 Hugo-RAS 中使用了类似于达芬奇系统的鲍登弦技术。3D-HD-video-system来自Karl Storz（德国图特林根）。此外，手柄的设计被修改为使用类似手枪握把的手柄（图1）。1.10）. 这导致了 2021 年底的 CE 标志，随后是欧洲（巴塞罗那、阿尔斯特）的首例临床病例。该设备经过验证，可以很容易地从各种达芬奇系统的使用中转移现有技术诀窍，基本上没有明显的学习曲线。这使得能够进行高级手术，如肾部分切除术、根治性前列腺切除术，甚至根治性膀胱切除术和尿流改道术[50,51]。
图 1.10
HUGO-RAS robot for laparoscopic surgery (Medtronic, Dublin, Ireland). (a) Arrangement of the four arms mounted on separate carts, (b) Open console offering 3D-HD-technology using polarized glasses (Karl Storz, Tuttlingen, Germany). Surgeons uses pistol-grip like handles with arm-rests (A. Breda). (c) Dissection of renal tumor during laparoscopic partial nephrectomy with 7 DOF-instruments. (d) Robotic arms with Bowden-string technology
阿瓦泰拉
基于2012年和2013年注册的专利（表1.1），Avateramedical GmbH（德国耶拿）开发了机器人主从系统AVATERA。该设备由一个半封闭的控制台和一个集成座椅组成，该控制台基于使用两个目镜的类似显微镜的技术，提供具有超过全高清分辨率的在线 3D 图像（图 1）。1.11）. 机械臂安装在一辆推车上[52]。最初，7 自由度仪器是与 Tuebingen Scientific（德国图宾根）合作设计的，仪器直径为 5 mm。Sigma7-technology™（Force Dimension，Nyon，瑞士）也使用类似镊子的手柄对器械进行控制（表1.3）。末端执行器的铰接是通过管内技术实现的，无需使用鲍登弦或微电机。四个机械臂在推车上对齐。2018年，该设备成功用于实验动物试验，公司开始了CE认证的验证过程[6]。这导致机械臂获得了CE标志，但由于末端执行器管内技术的再灭菌问题，末端执行器没有CE标志。因此，该公司转向了一次性仪器的开发。与达芬奇系统相比，末端执行器不那么精致（图1）。1.11）. 最终，在2022年获得了CE标志，并在德国和希腊开始了首次临床试验，成功进行了根治性前列腺切除术[53]。不幸的是，在 2023 年 9 月，该公司资不抵债。因此，该设备实际上并未生产。
图 1.11
用于腹腔镜手术的AVATERA机器人（Avateramedical，耶拿，德国）。（a） 半开放式控制台，集成座椅、扶手和3D-HD视频系统，采用类似显微镜的技术和两个可调整的目镜。使用 Sigma7 技术通过类似镊子的手柄控制器械（Force Dimension，Nyon，瑞士）。四臂系统安装在一辆推车上，使用 5 毫米仪器和 6 个自由度。（b） 外科医生在腹腔镜根治性前列腺切除术期间坐在控制台上，控制台中集成了额外的监视器 （J-U.斯托尔岑堡）。（c） 膀胱-尿道吻合期间 7-DOF 仪器的内窥镜视图（由 J-U.斯托尔岑堡）。（d） 使乐器能够实现 7 自由度的轴内技术（无鲍登弦）
REVO-I型
Meere公司（韩国华城）与延世大学和其他韩国学术和工业团体合作，设计了REVO-I平台，该平台由一个开放式控制台和一个安装在推车上的4臂系统组成，与达芬奇XI系统非常相似（表1.2;无花果。1.12）. 这代表了从原型（Rebo，Eterne）到最终版本的10年项目，从2007年开始[54]。2016年，动物模型试验的首批结果已经公布，Meere公司获准在韩国开始人体试验，该试验已于2017年启动[55,56]。 最初的研究显示与达芬奇SI的结果相似[56]。但是，到目前为止，该设备还没有CE标志。
图 1.12
用于机器人辅助腹腔镜手术的REVO-I平台（Meere公司，韩国首尔）。（a） 安装在一辆推车上的四个臂系统。（b） 采用后视镜技术和脚踏板的封闭式控制台，用于摄像控制、电烙和激活第四臂;提供虚拟培训计划（A.S. Goezen 和 Han Su Kim）。（c） 腹腔镜 Retzius 保留根治性前列腺切除术期间膀胱尿道吻合的内窥镜视图（由 Koon Rha 博士提供）。（d） 外科医生用环状手柄移动手柄
日本机器人”-日之鸟
2016年，松田在AUA全体会议上报告了“日本机器人”的细节[57]。该设备由连接到手术台的三个机械臂和一个使用类似显微镜的目镜的半开放式控制台组成，但外科医生仍然需要偏光眼镜（表 1.2;无花果。1.13）. 2016年1月，Medicaroid（日本神户）在硅谷成立了一家公司，基于希森美康和川崎重工之前的合作，开发日本制造的医疗机器人的美国市场[58]。该公司的名称是“medical”和“android”的合成词[59]。该公司预计将于2018年开始首次临床试验。与此同时，该设备被完全修改，该公司已完全被川崎接管。该系统的名称是HINOTORI，看起来与Titan Medical的Amadeus RSS的设计非常相似（表1.1）。四个机械臂以半月形排列在推车上。封闭式控制台与不同的脚踏板一起使用，控制相机、烧灼器和离合器。这些仪器看起来类似于达芬奇末端执行器。视频系统允许在集成的单独屏幕上显示增强现实（图1）。1.13）. 30例患者的初步结果已经发表[60]。
图 1.13
Hinotori（日本川崎）。（a） 四个机械臂以半圆形方式排列在一辆推车上。（b） 外科医生坐在半开放式控制台上，使用类似显微镜的目镜，但仍需要偏光眼镜（Medicaroid，日本）。（c） 腹腔镜肾部分切除术期间的内窥镜视图（图片由 M. Fujisawa 医生提供）。集成屏幕显示增强现实（计算机断层扫描的i.e. 3D重建）。（d） Amadeus RSS（Titan-Medical，加拿大）专利的原始数字
Versius
2018 年，CMR-Surgical 能够筹集 1 亿美元来开始生产 Versius。该设备由一个开放式控制台组成，外科医生戴着偏光眼镜使用 3D-HD 视频技术。他可以坐着或站着。安装在独立推车上的四个臂允许使用 5 mm 仪器，由于采用了轴内 V 型腕技术，可提供 7 自由度（图 1）。1.14）. 尸体的临床前研究是成功的。2019 年在印度开始临床研究，因此 Versius 于 2022 年获得了 CE 标志，并且在欧洲也开始了临床试验。该装置用于泌尿外科、腹部和胸外科以及妇科[61,62]。
图 1.14
Versius（CMR Surgical，英国）。（a） 外科医生坐在或站在开放式控制台前，戴着偏光眼镜进行 3D-HD-video 技术。四个臂安装在单独的推车上。（b） 具有四个关节的机械臂和轴内技术，可提供 7 自由度的 5 毫米仪器（V 型腕技术）。（c） 尸体膀胱-尿道吻合口的内窥镜视图（由 P. Dasgupta 博士提供）。（d） 用于控制仪器的类似手枪的手柄（A.S. Goezen）
德克斯特
2018 年，Distalmotion（瑞士洛桑）提交了一项新原理专利，该原理基于电缆驱动的轴内技术改进机器人手术末端执行器的驱动（表 1.1）。2019 年，该公司提出了名为 DEXTER [63] 的设备的新概念。它由一个放置在床边的控制台组成，上面覆盖着无菌窗帘，使外科医生能够从经典腹腔镜检查切换到使用两个机械臂进行的机器人辅助手术。摄像机由摄像机臂固定，该摄像机臂从控制台转向（图 1）。1.15）. 机器人仪器是一次性的，它们提供了一种独特的技术，有 6 根横向电缆。2022年，Dexter获得了CE标志，并在欧洲启动了首次临床试验[64,65]。 已经组织了尸体培训计划，以使外科医生充分了解这种新方法。
图 1.15
Dexter（Distalmotion，瑞士洛桑）——机器人辅助腹腔镜手术的新概念。（a） 两个机械臂和一个覆盖着无菌窗帘的控制台，使外科医生能够在 20 秒内从经典腹腔镜检查切换到机器人辅助。（b） 使用由机械臂固定的经典 3D-HD 腹腔镜。（c） 外科医生坐在控制台的床边，控制两个机械臂。（d） 用于控制7个提供额外力的景深仪器的专利机制
动词外科手术
Verb Surgical成立于2015年，由Verily（前身为Google Life Sciences）和强生公司旗下的医疗设备公司Ethicon提供技术、专业知识和资金。该公司正在构建一个外科解决方案平台，该平台始于几年前，是Ethicon和SRI International之间建立的概念。谷歌通过收购波士顿动力公司（Boston Dynamics）[66]在机器人领域拥有丰富的经验，强生公司是微创手术器械最重要的制造商之一。Verb 打算利用两家公司的独特能力来塑造外科手术的未来。到目前为止，还没有关于机器人最终设计的确切信息。然而，这个想法是基于机器人、可视化、先进仪器、数据分析和连接性五大技术支柱，将信息和成像整合到手术机器人辅助程序中[67,68]。 该设备可以基于现有的Taurus灵巧机器人（SRI International，Menlo Park，USA），Ethicon拥有该专利[69]。此设备使用具有内联视图的封闭控制台。7-DOF仪器由力维度技术控制，但是，到目前为止，仅显示机电末端执行器（图1）。1.16）. 该设备实际上没有 CE 标志或 FDA 批准。然而，到目前为止，除了理论概念和实验试验（V. Patel，个人交流）之外，还没有发表任何机器人设备的临床研究。弗雷德里克·莫尔（Frederic Moll）再次成为J&J机器人顾问委员会的成员。
图 1.16
金牛座灵巧机器人（SRI International，门洛帕克，美国）。（a） 带直线视图的封闭式控制台，在实验室版本中不提供扶手。使用三个机械臂。（b） 双目镜的直视视图。（c） 使用力维度技术通过类似镊子的手柄控制仪器。（d） 机电式7自由度末端执行器（即电缆夹）
实验项目和废弃项目
在开发过程中，已经开发了其他机器人设备，但由于各种原因没有达到进一步的医疗应用（[5,6]; 无花果。1.17）。
图 1.17
实验性和废弃的主从设备。（a） AMADEUS RSS（Titan Medical，加拿大多伦多）。封闭式控制台，四个机械臂位于一个半月球布置的推车上。开发于2013年停止。（b） Raven平台（圣克鲁斯大学、伯克利大学、戴维斯大学）由一个开放式控制台、由一个开放源码软件控制的便携式手术机械臂组成。（c） SOFIE（荷兰埃因霍温大学埃因霍温外科医生操作力反馈接口）由一个开放式控制台和最多三个安装在手术台上的机械臂组成。到目前为止，没有手术应用。（d） BROCA项目（迈蒙尼德生物医学研究所，IMIBIC，西班牙科尔多瓦）。三个机械臂位于不同的推车上，带有一个开放式控制台，提供 3D 视觉
AMADEUS的RSS
AMADEUS RSS（Titan Medical，加拿大多伦多）在实验层面的早期阶段提出，该阶段基于2012年注册的专利（表1.2;无花果。1.17a）该装置与达芬奇的设计相似，具有封闭的控制台和三个机械臂对齐在弯曲的支架上[70]。有趣的是，这与HINOTORI的安排非常相似（图1）。1.13d）可能是Titan Medical在2013年停止开发AMADEUS RSS并专注于开发单端口机器人SPORT™的原因之一，分别是ENOSR（[71,72]; 表 1.3）。
庆熙SR1
首尔延世大学与三星合作开发的Kyung Hee SR1由两个工业机器人（AS2，三星自动化，韩国）组成，提供安装在床边的7自由度和力反馈以及2D标准腹腔镜。由于设计相对简单，该系统允许像ZEUS这样的远程呈现手术。在体外测试中观察到的时间延迟范围为20-40ms[54]。然而，该系统从未在临床上使用过。
乌鸦平台
Raven Project 代表了三所美国大学（圣克鲁斯、伯克利、戴维斯）的合作努力，旨在开发一个开源系统，允许两名外科医生同时对一名患者进行手术。最初的系统包括两个便携式手术机械臂，每个机械臂提供 7 自由度和一个便携式手术控制台。Raven II是一种双臂手术机器人，设计有一个摄像头，可以利用3D超声成像[73]。Raven III包括四个机械臂和两个可选的摄像头（图1）。1.17b）. Raven平台是最先进的手术机器人研究平台之一。许多研究致力于战场和水下远程手术。
苏菲
SOFIE（埃因霍温外科医生操作力反馈接口）提供了一个力反馈接口，减少了机器人消耗的空间。两个组件（主站和从站）彼此完全分离，但两者之间的所有通信都通过架空布线吊杆中布置的数据电缆进行[74]。三种不同的轻型机械臂，最大自由度为8，可以固定在手术台上（图1）。1.17c）. 到目前为止，还没有公布腹腔镜的应用。
BROCA项目
2016年，BROCA项目的第一批细节已经公布。BROCA是西班牙生物医药领域的第一个商业化前公共采购项目，这是由科学与创新部和ERDF支持的新合同安排形式，旨在促进私营企业开发新技术产品。在这种情况下，科尔多瓦大学获得了资金，以开展这一开创性项目，其关键意义是迈蒙尼德生物医学研究所（IMIBIC）科学委员会和索非亚王后大学医院的合作。最后，机器人原型将交付给科尔多瓦大学，该大学将负责未来的商业化[75,76]。BIT机器人由三个臂组成，分别安装在推车上，带有带有3D视频成像的开放式控制台（图1）。1.17d）. 这些乐器可以提供触觉。
用于机器人辅助单端口手术的基于控制台的设备
腹腔内窥镜单部位手术 （LESS） 进一步最大限度地减少了经典腹腔镜或机器人辅助腹腔镜手术的通路创伤，这是迈向真正自然孔口手术 （NOTES） 的潜在一步。然而，经典的 LESS 技术因次优的人体工程学和乐器冲突而受到严重损害。机器人技术可以克服其中一些问题[77]。
伊诺斯
在过去的几年里，Titan Medical（加拿大多伦多）专注于将 SPORT-Surgical™ System 作为机器人辅助 LESS 的平台，该系统由一个具有 3D-HD 视觉的控制台和床边的机械手组成，用于执行手术。该平台的基本设计与其他解决方案类似，包括一个具有光纤照明的 3D 柔性望远镜和两个柔性仪器（表 1.4;无花果。1.18）. 该公司在波士顿举行的SAGES-2016上首次公开展示和演示了该设备。然而，FDA对该系统的批准仍在等待中[78,79]。 主要应用应该是机器人辅助 LESS 胆囊切除术。最近，在动物模型中进行了机器人单孔肾部分切除术，需要额外的套管针才能回缩[79]。随后在尸体模型中演示了根治性前列腺切除术（图1）。1.18d）. 同时，该设备被称为用于机器人单次访问手术的ENOS手术系统（图1）。1.18c，d）。但是，到目前为止，该设备尚未获得CE标志。相比之下，IDE提交预计将在2023年进行，产品发布将在2025年进行[71,72]。
表 1.4 现有和即将推出的机器人的特性及其可能的优势（修改自 Rassweiler et al. [6]）
图 1.18
开发用于机器人单端口手术的ENOS™手术系统（Titan Medical，加拿大多伦多）。（a） 提供 3D-HD 视觉、扶手、两个把手和脚踏板的控制台，用于控制单极和双极烧灼。（b） 外科医生 （E. Barret） 在对尸体进行根治性前列腺切除术期间使用偏光眼镜进行 3D 高清视觉。（c） 机械臂，用于操纵由具有光纤照明的三维柔性望远镜和两个柔性仪器组成的三臂系统。（d） 在尸体上进行腹腔镜根治性前列腺切除术期间器械的内窥镜视图。注意仪器角度相对较广（由 E. Barret 教授提供）
达芬奇SP
达芬奇XI系统还允许使用机器人单端口SP 1098平台（表1.4）。SP平台的设计包括一个3D/HD柔性望远镜和两个柔性仪器。一旦通过脐带切口引入，具有蛇形手腕的柔性器械就会分离以实现三角测量（图 1）。1.19）. 该设备通过控制台上的 EndoWrist™ 技术进行控制。与所有其他设备相比，基于CE标志的SP 1098平台已成功用于临床试点研究，重点关注机器人辅助单端口肾部分切除术、根治性前列腺切除术和根治性会阴前列腺切除术[80,81]。 同时，达芬奇 SP 系统已获得 FDA 批准和 CE 标志，目前用于专业泌尿科中心的经腹膜和腹膜后通路（图 1）。1.19）[82,83]。
图 1.19
Da Vinci SP系统（Intuitive Surgical，美国）。用于机器人辅助单端口手术。（a） 安装在单独推车上的机械臂，（b） 21毫米轴，带有三个灵活的仪器和一个3D相机系统。（c） SP 系统可以通过配备有单独脚踏板的 SI 或 XI 控制台进行控制，以实现设备的 360° 全旋转。外科医生使用具有镜面技术的 3D-HD 系统。（d） 接入端口和平行和横向插入轴的附加仪器的布置示意图
LESS实验设备
根据研究资助，各种机构开发了用于单端口手术的机器人设备（图1）。1.20）。
图 1.20
用于单端口手术的实验性主从设备。（a） ARAKNES（瑞士洛桑大学）。该系统基于一个远程控制台和两个末端带有旋转夹具的机械臂（SPRINT机器人）的通用设计，通过脐带引入。（b） 目前在美国范德比尔特大学开发和测试的IREP（可插入机器人效应器平台）由一个3D望远镜和两个柔性臂组成，蛇形节设计提供被动和主动节段。可以基于仪器的平行四边形设计提供工作空间的扩大。（c） 内布拉斯加大学机器人系统与Virtual Incision（美国内布拉斯加州）合作。一种双臂灵巧的微型机器人系统，使用可互换的末端执行器来提供单极烧灼、组织操作和体内缝合功能。仪器由两个外部手柄控制。（d） 早稻田大学设备，代表单个端口设备，在床边用设备的灵活尖端进行操作。在这个提示，可以使用两个小的灵活仪器
阿拉克内斯
ARAKNES项目（增强腔内手术运动学的机器人阵列）由欧盟计划资助，用于为高级腔内手术生产基于微型机器人的智能操作系统（[84];表 1.1）。该系统基于一个远程控制台和两个末端带有旋转夹具的机械臂（SPRINT机器人）的通用设计，通过脐带引入（图1）。1.20a）。
IREP公司
IREP（可插入机器人效应器平台）目前由范德比尔特大学开发，由一个 3D 望远镜和两个带有蛇段设计的柔性臂组成，提供被动和主动段。基于平行四边形仪器设计，可以扩大工作空间（[85];表 1.3）。该设备由两个手机和一个 2D 监视器操作，无法与手术控制台相媲美（图 1）。1.20b）。
内布拉斯加大学机器人系统
内布拉斯加大学[86]与Virtual Incision（美国内布拉斯加州）合作，展示了一种双臂灵巧微型机器人系统的原型，该系统使用可互换的末端执行器来提供单极烧灼、组织操作和体内缝合能力。该设备由两个外部手柄控制（图 1）。1.20c）. 模块可以分开进行单独插入，机器人由安装杆组件外部支撑。
早稻田大学设备
该机器人由日本WASEDA大学开发。它代表一个端口设备，在床边用设备的灵活尖端进行操作。在这个尖端，可以使用两个小型柔性仪器（图1）。1.20d）. 主从系统包括一个 6 自由度 （DOF） 工具机械手、一个易于设置的机构、一个具有足够自由度的柔性轴驱动装置和一个用于改善视力的垂直布置。机器人在体内操纵内窥镜[87]。显然，该设备的工作空间非常有限，类似于为NOTES设计的早期仪器。
用于机器人辅助单端口手术和腹腔镜检查的床旁设备
语音控制的摄像臂AESOP（Computer Motion）是第一个在床边有效使用的机器人辅助设备（表1.2）[11,13,14,15]。然而，在Intuitive Surgical收购Computer Motion之后，该项目已被完全放弃。然而，其他公司试图引入具有成本效益的替代品，以允许使用 7-DOF 仪器并改进标准腹腔镜检查的人体工程学。
外科机器人
Spider System （Transenterix） 代表了一种基于管子的 LESS 开发平台，其中可以操纵柔性器械进行腹腔镜单端口手术。最初的设备仅对需要插入额外套管针的5mm器械使用基于导线的操作，以进行消融性肾手术[88]。器械的处理很困难，特别是在内窥镜缝合方面。因此，Transenterix 大大改进了该系统，为机械臂 SurgiBot 提供了多种功能，例如三角测量调整、多象限运动、机器人横向移动和旋转、符合人体工程学位置的仪器离合器以及 3D-HD 视频系统（表 1.3;无花果。1.21a）. 2015年，Transenterix提交了FDA批准申请[89]，但直到现在，该申请尚未获得批准。随着SENHANCE系统的收购，Surgibot项目已被取消。
图 1.21
机器人辅助手术的床边解决方案。（a） SurgiBot（Transenterix，美国）：为LESS开发的基于管子的平台，其中可以操纵柔性器械进行腹腔镜单端口手术。机械臂提供多种功能，例如三角测量调整、多象限运动、机器人横向移动和旋转、符合人体工程学位置的仪器离合器以及 3D-HD 视频系统。（b） LODEM（日本大阪大阪工业大学）。在大阪工业大学为单部位腹腔镜手术开发的灵活的局部操作末端执行器机械手。只有实验研究。（c） MIM系统（LaparaSurgical，荷兰乌得勒支）。机械装置，由于采用了基于平行四边形的设计，因此可以实现与其他机器人系统类似的仪器运动。在床边使用。只有实验研究。（d） ETHOS平台：将符合人体工程学的ETHOS™平台与提供7个自由度的电动仪器结合使用
洛德姆
大阪工业大学（日本）开发了一种用于单部位腹腔镜手术的灵活局部操作末端执行器操纵器 （LODEM）。该装置采用曲柄滑块和电缆杆机构，实现 5 个自由度和超过 5 N 的作用力。外科医生使用机械臂进行内窥镜检查，使用镊子和经典腹腔镜器械[90]。该设备已在体外和体内测试用于手术适应症（图 1）。1.21b）。
MIM系统（微创助手=MIA）
荷兰乌得勒支大学（University of Utrecht， Netherlands）开发的手动操作机器人系统MIM是对腹腔镜手术床旁设备的有趣改进，提供7个自由度[91]。由于采用了基于平行四边形的设计，该装置能够实现类似于达芬奇®装置的仪器运动（图1）。1.21c）. 然而，操作仍然相对笨拙，并且该设备仅经过实验测试。另一方面，Lapara Surgical公司（荷兰阿姆斯特丹）已经成立，以进一步开发这种设备，以MIA（微创助手）的名义投放市场[92]。
ETHOS-Platforms Plus 7-DOF仪器
腹腔镜检查的另一种基于床边的替代方案是将人体工程学平台ETHOS™与提供7个自由度的电动器械相结合，如Robot DEX（Dexterité，法国安纳西）或Kymerax（Karl Storz，Tuttlingen，德国）和3D-HD视频技术[93,94]。ETHOS™椅子（Ethos，Seattle，USA）可以在缝合过程中避免torero位置，因为外科医生在骨盆手术期间坐在患者的头上，而不是站立或侧坐。外科医生有两个可调节的扶手和脚凳，带有集成的脚踏开关，可以电动地移动椅子（图 1）。与使用控制台的机器人系统相比，这种解决方案要便宜得多（即 50.000-100.00 欧元对 1-1.5 Mio 欧元）。它们可以弥补腹腔镜检查的一些缺陷，特别是在重建手术中，但仍然缺少离合器机构[95]。
用于逆行肾内手术的机器人装置
机器人主从系统不仅限于多孔或单孔腹腔镜手术，还已用于泌尿外科中上尿路和下尿路疾病的内窥镜治疗[96]。
麦哲伦老师系统
2011 年，据报道，机器人输尿管软镜检查被用作达芬奇系统的发明者弗雷德里克·莫尔 （Frederick Moll） 为心脏病学设计的 Sensei-Magellan 系统（Hansen Medical，Mountain View，USA）。该设备由四个组件组成：外科医生控制台、柔性导管系统、远程导管操作系统以及包含计算机硬件、电源和视频分配单元的电子机架（图 1）。1.22）. 机器人柔性导管系统由外导管护套（14/12F）和内导管导管（12/10F）组成。通过内导管导管插入 7.5F 光纤输尿管软镜。导管系统的远程操作可操纵输尿管镜尖端，输尿管镜尖端粘在内部导轨上。外鞘的尖端位于输尿管连接处，以稳定收集系统内内导向器的导航。这意味着输尿管镜只能被动操作[97]。
图 1.22
Sensei-Magellan System（Hansen Medical，美国）用于机器人辅助输尿管软镜检查。（a） 为介入心脏病学设计的系统主要部分的示意图。（b） 介入放射学中使用的麦哲伦老师系统。（c） 逆行肾内手术 （RIRS） 期间使用的系统，外科医生在控制台上根据输尿管的透视和内窥镜图像操纵模拟输尿管镜（Karl Storz，图特林根，德国）（由 Mihir Desai 博士提供）。（d） 使用带有 sigma-technology 的手柄在控制台上传输管子的运动（Force Dimension，瑞士尼翁）
阿维森纳 Roboflex
2015 年，Avicenna Roboflex（土耳其安卡拉埃尔梅德）被引入进行逆行肾内手术 （RIRS）。外科医生坐在控制台前，使用2D-HD-video-技术操作标准柔性输尿管镜。示波器的手柄连接到机器人机械手上，使示波器能够在收集系统内旋转、插入和偏转。所有机芯都可以按 1：10 的比例进行渐变和微调。激光光纤的冲洗、激活和控制以及透视由控制台上的触摸屏功能或脚踏板提供（图 1）。1.23）. 首先，多中心临床经验非常有前途[98]。该设备具有CE标志，目前在欧洲各个国家（德国，罗马尼亚，波兰）使用。该设备的主要优点是它将外科医生与床边分开，从而改善了手术的人体工程学。这在治疗复杂性肾结石时尤为重要[99]。
图 1.23
Avicenna Roboflex（土耳其埃尔梅德）。（a） 系统主要部件的示意图，包括控制台和机械手。（b） 外科医生用两个操纵杆（用于偏转、前进和旋转）控制输尿管软镜的手机。此外，他还可以控制激光光纤的位置和灌溉系统的力。用于激活透视和激光碎石术的集成脚踏板 （J. Rassweiler）。（c） 机械臂用无菌覆盖，内窥镜固定在支架上，支架由稳定器支撑，稳定器也固定检修护套。（d） 更换支架以使用不同的内窥镜（即Karl Storz、Olympus、Richard Wolf、Boston Scientific、Pusen）
君主
2018年，使用机器人系统Monarch（Auris Health，Redwood City，United States）进行机器人辅助支气管镜活检的首次人类尸体试验发表[100]。2020 年，该设备获得了 FDA 批准（510k 许可）用于该适应症。早在2012年，弗雷德里克·摩尔（Frederick Moll）再次成为Auris Health的首席执行官。2019 年，Mihir Desai 展示了使用该系统进行输尿管镜结石管理的首次临床经验（图 1）。1.24）. 实际上，Monarch 平台有三个机械臂来导航内窥镜。第三臂也可用于经皮通路。使用转向管技术对手臂的控制是通过一个带有类似于电脑游戏的操纵杆的手持板和一个具有集成屏幕技术和约翰逊触摸屏功能的 2D-HD 显示器完成的。2019年，强生公司以38亿美元的价格收购了Auris Health[101]。未来将证明，转向管技术是否足以治疗尿路结石。
图 1.24
Monarch 平台（Auris Health，美国）专为支气管镜活检而设计，适用于逆行肾内手术 （RIRS）。（a） 双臂或三臂系统，能够操纵支气管镜或输尿管镜的导管。（b） 管子的运动由手持垫控制。该系统允许根据监护车（控制系统）上显示的内窥镜和术前成像进行导航。（c） Monarch平台在输尿管软镜检查中的临床应用。外科医生使用手持控制器操纵内窥镜，类似于基于透视和内窥镜成像的电脑游戏（由 Mihir Desai 博士提供）。（d） 连接到监控推车的手持控制器，具有多种功能
ILY-机器人
2021 年，尼姆大学（法国）与 STERLAB 公司（法国索菲亚安蒂波利斯）合作，展示了用于逆行肾内手术 （RIRS） 的 ILY-机器人的首次临床经验。该系统由一个带有支架的机械臂组成，用于不同的输尿管镜，类似于 Avicenna RoboflexR，并结合一个类似于 MonarchR 的手持控制器（图 1）。1.25）. 外科医生没有专门的控制台或监视器。他只是使用站在床边的现有监视器。到目前为止，该设备还没有CE标志[102]。
图 1.25
ILY-Robot（法国 Sterlab）专为逆行肾内手术 （RIRS） 而设计。（a） 带有支架的机械臂，用于引入输尿管软镜。（b） 用固定的一次性输尿管镜覆盖无菌窗帘的支架（Pusen Medical，中国）。（c） 临床环境：外科医生拿着控制器，使用输尿管镜的内窥镜屏幕站在床边（无控制台）（由 Ben Naoum 博士提供）。（d） 无线手持控制器。无特殊功能（即控制灌溉或激光光纤）
用于下尿路泌尿外科的机器人设备
近年来，机器人在下尿路管理方面也有两个重要发展。
机器人
早在1989年，John Wickham周围的研究小组就在伦敦泌尿外科研究所（英国）开发了ProbotR，以促进经尿道前列腺切除术[103,104]。 他们使用单极滚轮电极根据经尿道超声探头的测量值消融前列腺组织（图1）。1.26）. 它已经在两个系列的 16 名和 30 名患者中进行了测试。然而，该程序并不有效且安全。最终放弃了使用组织液化器更有效的方法，因为内窥镜下很难控制分碎。尽管如此，Probot 是第一个用于泌尿外科的机器人，并且形成了一个自主工作的机器人的原理。
图 1.26
ProbotR（英国泌尿外科研究所）设计用于经尿道消融前列腺腺瘤 （a） 显示 Probot 作用部位的图表。（b） 体外测试模型，其上安装了内窥镜，以实现锥形组织切除。（c） 临床使用的机器人手臂。（d） 使用滚轮刀片电极对前列腺进行自主机器人蒸气时显示内窥镜图像。消融的程度是基于术前经尿道超声成像。外科医生控制屏幕上的内窥镜图像
Aquabeam（水光）
AquabeamR机器人系统（Procept Biorobotics，Redwood City，美国）是与Peter Gilling密切合作开发的[105]。2019 年，它获得了基于多中心随机试验（WATER 研究）的 CE 标志和 FDA 批准。该设备不代表主从系统。它使用水射流技术提供机器人控制的消融。基于经直肠超声和视频辅助膀胱镜检查的数据，机器人自主工作（图1）。因此，它允许在大约 5 分钟内消融 60 g 前列腺，这是标准泌尿科技术（例如双极 TUR 或激光诱导的剜除术）无法完成的。该设备已在欧洲和美国销售。它代表了泌尿外科自主手术的第一步[106]。
图 1.27
AquabeamR（Procept Biorobotics，美国）用于前列腺的机器人水解剖。（a） 基于经直肠超声 （TRUS） 和内窥镜视图的外括约肌定位。（b） 基于TRUS确定前列腺轮廓。黄色区域表示括约肌前区（J. Rassweiler 由 M. Breu 协助）。（c） 机械臂在水解剖过程中抽吸粉碎组织（“前列腺汤”）。（d） 经直肠超声（TRUS）控制自主水解剖
演奏家
几年来，围绕Duke Herrell的团队致力于同心管技术[107]。在此基础上，Virtuoso Surgical公司（美国纳什维尔）成立，从而开发了一种基于机器人控制台的机器人设备，可实现经尿道或经阴道手术。该设备由一个带有两个手柄（如操纵杆）的控制台和一个机械臂组成，该机械臂操纵膀胱镜和两个仪器，它们在膀胱内有 7 个自由度（图 1）。1.28）. 2019年，测试了第一批原型，随后进行了动物实验。2023年底，计划在人体中进行TUR膀胱的首次临床试验，以申请510k-FDA批准[108]。
图 1.28
VirtuosoR（Virtuoso Surgical，美国）用于膀胱和前列腺的机器人经尿道手术。（a） 显示同心管技术运动的原型。（b） 用机械臂和膀胱镜和集成仪器的模型制作的精湛原型（由Duke Herrel博士提供）。（c） 解剖人工膀胱肿瘤的两种仪器的内窥镜图像。（d） 临床用设备的最终设计，机械臂操纵膀胱镜，膀胱镜有两个集成的 7 个自由度仪器，由两个操纵杆和内窥镜监护仪控制
讨论
直觉外科垄断的终结
机器人手术的发展受到Intuitive Surgical垄断的限制。多年来，Intuitive Surgical为新进入企业建立了壁垒，包括优质的产品供应、知识产权保护、多项监管许可、庞大的安装基地、全球培训中心、强大的客户关系和出色的资产负债表[109]。一些互联网出版物强调Intuitive Surgical的关键专利可能在2014年到期[109,110]。 然而，最近的一项研究仅确定了少数与构建战场手术控制台相关的早期专利[6]。ZEUS和达芬奇的所有相关专利均于1999年上市，将于2019年到期（表1.1）。公司现有关键专利将于2019年到期，这带来了严峻的挑战（表1.1）。这也是美敦力最初计划在印度进行早期临床试验的原因之一，Transenterix专注于欧洲的首次研究，Meere公司在韩国启动了人体研究，而Avateramedical则希望专注于CE标志以进入欧洲市场[52]。然而，它按计划来了！
一旦这些专利到期，竞争对手就可以利用这些技术，Intuitive Surgical的优势可能会丧失[111]。说到竞争对手，几家公司终于推出了自己的机器人平台[5,6]。然而，基本上在所有情况下，它花费的时间都比预期的要长[6]。最初，SENHANCE 是唯一获得 CE 标志的设备 [43， 45]，但该设备没有提供与其仪器相同的自由度。与达芬奇SI具有类似设计的Revo-I仅在韩国获得批准[56]。
最后，2022 年是替代机器人设备临床引入的转折点（表 1.2）。不仅由于 COVID-19，随后在欧洲或美国获得认证的预期发展过程也大大延长。在大多数设备中，必须更改替代机器人系统的主要设计，例如对仪器进行重新消毒的可能性。
早在 2019 年，Avateramedical 的机械臂就获得了 CE 标志，但采用轴内技术的仪器却没有获得 CE 标志。问题是，由于试管中残留组织的风险，不接受重新灭菌。随后，他们开发了一次性仪器，并于 2022 年获得了 CE 标志。
美敦力不得不在各个方面改变MIRO-Surge系统的设计。这包括集成Karl Storz的3D-HD视频系统，并主要使用类似于达芬奇2000的Bowden弦技术，而不是MIRO-surge中使用的微电机，后者也很难重新消毒。为此，他们还获得了一项专利，用于控制来自为介入放射学开发的 Sensei-Magellan 系统的仪器。
与韩国的Revo-I一样，川崎制造的日本机器人HINOTORI的最终设计越来越像达芬奇SI，除了机械臂的排列，类似于AMADEUS RSS。这同样适用于中国的MP1000系统。
手术机器人新功能的相关性
有几种方法可以改进或修改设备，包括控制台和机械臂的设计（表 1.4）。新机器人的临床引入将很快证明不同特征的相关性[6]。
提供 3D 视频在线图片的封闭式控制台与使用偏光眼镜的开放式控制台相比
在不同的设备中实现了两个主要概念。Intuitive Surgical、Revo-I、HINOTORI 和 Avateramedical 依赖于在线视频技术的原理，外科医生沉浸在手术领域中，不需要使用与图像亮度损失相关的偏光眼镜。开放式控制台的优点包括更好地与床边团队联系，以及此类系统集成未来视频技术的灵活性，例如使用 Prisma 技术的 30°-3D/HD 始终实现正交地平线，即使在转动内窥镜时也是如此（Olympus-Endo-Eye）。超高清 （4 K） 视频技术可能具有更大的屏幕、更高的分辨率;全高清3D屏幕已经用于娱乐行业[6]。半开放式控制台在控制台的侧面集成了一个视频监视器，可用于显示动画虚拟现实，例如 3D 计算机断层扫描，或者只是向外科医生显示工作区域的辅助视图。
通过眼动追踪或语音控制移动望远镜与使用两个手柄手动移动望远镜
Intuitive Surgical通过两个手柄引入了望远镜的导航，而Computer Motion则从语音控制摄像系统（AESOP）开始[11,13,14,15]。Sofar-Transenterix开发了一种眼动追踪系统来控制望远镜，该系统仍在SENHANCE中使用[43,44,45]。根据语音控制和头部控制腹腔镜与Intuitive Surgical的手柄控制系统相比的个人经验，手柄控制系统的优势在于，两种器械的尖端始终与望远镜保持最佳距离，从而可以立即继续下一个手术步骤。此外，在实验模型中使用内窥镜的眼动追踪时，我们存在明显的人体工程学问题（图1）。1.8）。
基于指尖的控制 7-DOF 仪器与使用腹腔镜手柄
基于指尖的器械控制（即通过环）使用外科医生的食指和拇指以及手腕。腹腔镜通过拇指和中指控制仪器，允许食指用于其他功能（激活触觉反馈、旋转仪器）。腹腔镜手柄允许使用仅提供 4 自由度的器械（即结扎™、吻合器、内解剖、内剪刀），这可能具有经济方面。到目前为止，触觉反馈仅在腹腔镜下SENHANCE 的手柄上实现[37]。
虽然在虚拟工作领域（EndowristR 技术）中使用双手的封闭控制台时，环状手柄似乎是最佳选择，但开放式控制台可能需要略有不同的手柄设计，因为外科医生水平看着屏幕。这是通过开发类似手枪式握把的手柄以及类似 HUGO-RAS 的手臂支撑来实现的（图 1）。1.11）或Versius（图1.11）。1.14）. 我自己在实验和临床环境中使用该设备的经验表明，达芬奇系统的环状手柄的学习曲线非常短。
离合器机构的重要性
离合器机构对于机器人辅助手术最为重要。只有提供Surgibot等功能的床旁设备才有可能用于临床[88]。手术的人体工程学以外科医生手臂和手的位置不足的问题而告终。这被证明是ETHOS主席的主要问题之一。根据我们对不同代达芬奇设备的经验，离合器功能的激活方式没有任何作用：基于指尖或脚踏板。
固定在手术台上或安装在推车上的机械臂
在ZEUS中，三个机械臂安装在OR台上（图1）。1.2）. 然而，事实证明，对于床边的辅助外科医生来说，这已经很复杂了。在MIRO-Surge中也应用了相同的实验（图1）。1.9）. 下一步已经是达芬奇 2000 在推车上布置了三个手臂。Intuitive Surgical通过XI系统完善了这一概念。然而，在 S、SI 和 X 版本中，手臂的碰撞仍可能发生，而在 XI 中，激光辅助推车与手臂的预定位将这个问题降至最低。此外，手臂排列可以旋转 90°，这为外科医生提供了更多可能性（即腹膜镜检查）。最后，Trumpf-OR-table 允许在不移除机器人器械的情况下改变患者的位置（图 1）。1.7）. 这对于采用多象限方法的内脏手术（即半结肠切除术、食管切除术、胰腺手术）非常重要。几家公司已经将机械臂放在单独的推车上，这为不同的应用提供了更多的多功能性。未来将证明，与单个推车上的四臂布置（Intuitive Surgical、Avateramedical、REVO-I、HINOTORI）相比，这是否真的具有优势。看看HINOTORI推车上手臂的半月形排列（类似于Titan Medical的实验性AMADEUS RSS）的工作原理也很有趣（图1）。1.13）。
单端口机器人与多端口机器人
机器人辅助腹腔镜 LESS 胆囊切除术等简单程序可以使用所有类型的设备进行。然而，类似的泌尿系统指征并不常见。Kaouk等人使用SP 1098-Platform（Intuitive Surgical）在11例机器人LESS前列腺切除术中的4例中需要额外的端口[35]。当SPORT设备（Titan Medical）的初步实验研究发表时，情况也是如此。然而，与此同时，两家公司都在继续改进他们的设备。ENOS（Titan Medical）仍处于实验阶段。但是，达芬奇 SP 已获得 FDA 批准和 CE 标志。最近已经发表了更大规模的根治性前列腺切除术和腹膜后镜单端口手术[80,81,82,83]。似乎该平台可用于特定技术（即使用手臂的肘部进行缩回），以克服单端口手术时工作空间减少的问题。需要证明的是，与经典机器人的多端口方法相比，这是否真的为我们的患者带来了显着的改善。
合资企业的重要性
最初，除了来自Schoelly（德国Denzlingen）的3D-HD-video技术外，Intuitive Surgical完全开发和生产了机器人的所有部件和提供Endowrist™技术的基本器械。仅适用于特定器械（即吻合器、谐波手术刀、血管密封器），Intuitive Surgical与此类设备的推荐制造商合作。最近，他们与Trumpf-Medical（萨尔费尔德，图林根）合作，将XI系统调整为OR-table（工作台运动技术）。
大多数即将推出的系统已经代表了涉及机器人、视频技术和仪器专家的合资企业。Tuebingen Scientific 参与了 TELELAP-ALF X （SENHANCE） 和 AVATERA 的 7 自由度仪器的生产。HUGO-RAS将德国MIROSurge的机器人技术与Covedien的仪器以及Karl Storz的3D-HD-视频技术结合在美敦力的机器人技术之上。这样的合资企业代表了机器人辅助手术的未来趋势。
机器人技术的发展永远不会停止：它可以为外科医生提供独特的功能，例如触觉手套、细胞图像引导[112]。谷歌和强生公司的特别合作旨在在他们的机器人中使用蜂窝引导成像，这将使该设备超越经典的主从设备。Verb Surgical成立于2015年8月，是一家独立的初创公司，由Google和强生公司支持，将这种合作付诸实践[66,67,68]。Verb Surgical希望为机器人外科医生建立一个反馈控制系统，与自动驾驶汽车非常相似（F. Moll 2020）。有趣的是，实际上强生公司非常关注君主系统的开发，而不是用于腹腔镜手术的机器人。
机器人在泌尿外科中的作用
最初，主从系统的先驱们专注于远程呈现手术的可能性（即像战场上的士兵一样）。然而，当这些设备用于缓解腹腔镜手术的人体工程学困难时，情况完全改变了。事实上，机器人手术使更多的外科医生能够使用微创方法。与高级腹腔镜手术相比，泌尿管内外科手术（如输尿管复镜逆行肾内手术 （RIRS） 或经尿道前列腺切除术或膀胱肿瘤）的人体工程学问题可能不那么显着，但是，在治疗疑难病例（多发性肾结石、较大的膀胱肿瘤、大尺寸前列腺腺瘤）时，它们尤其不容忽视。
根据我们自己的经验，RIRS中的人体工程学问题可以通过使用专用的机器人系统（如Avicenna Roboflex [99]）得到显著改善。未来将显示，在使用为支气管镜活检开发的 Monarch 系统时，情况是否也是如此。Monarch 已经提供了一些有趣的功能，例如内窥镜图像的组合、支气管镜的导航和虚拟成像。因此，它非常适合J&J的产品组合（如Verb Surgical）[101]。必须证明，被证明对支气管镜检查或介入放射学有效的管控设计是否可以有效地用于输尿管肾镜检查。最近，ILY机器人首次临床经验被报道为RIRS。该设备将 Avicenna Roboflex 中使用的手机的直接机械控制与 Monarch 中使用的手持控制器相结合（表 1.5）。未来将展示，哪种设计将是最好的。
表1.5 逆行肾内手术机器人不同功能的比较
AquabeamR是第一款自主手术机器人。通过TRUS和内镜控制的前列腺水力消融术，它满足了超人类表现的标准[106]。这与主-从概念不同。显然，止血仍然需要内镜控制，但该装置已经证明了其临床疗效，而不是John Wickham的ProbotR[103]。
Virtuoso-system 引入了一种全新的机械概念，可为小型仪器实现 7 个自由度，这可以通过电切镜等内窥镜仪器引入。在这里，控制台需要将这些特征转移到气囊内，从而从根本上改变经典的视频 TURB 技术。同心管技术已经用于神经外科手术。在泌尿外科，它可能完全改变经典的 TUR B，并促进膀胱肿瘤整体切除的新技术（图 1）。1.28）。
新机器人的成本和收益
有报道称，新机器人的成本计算预计价格将大大降低，约为800,000美元，而达芬奇XI系统的价格为2.1美元[91]。然而，TransEnterix在收到CE标志后已经要求更多的1 Mio.EUR SENHANCE_device[45]。Intuitive Surgical已经做出反应，在SI和XI之间实施了X系统，以仍然控制市场[36]。新设备的种类肯定会对成本产生影响，包括机器人的购买和维护以及仪器价格[53,113]。最后，机器人手术的营销效果将下降，像Dexter这样更便宜的床边解决方案也可能成为一种有效的替代方案（[6];无花果。1.15）。
观点
除了手术机器人作为主从设备之外，机器人的作用甚至可能得到扩展：Shademan等[114]描述了在开放手术环境中进行体内监督的自主软组织手术，该手术由支持自主缝合算法的全视三维和近红外荧光（NIRF）成像系统实现。基于专业的人类外科实践，计算机程序生成一个计划，以完成可变形软组织的复杂手术任务，例如缝合肠吻合术[115]。尽管手术过程中存在动态场景变化和组织运动，但他们可以证明监督自主手术的结果优于专家外科医生和机器人辅助技术在离体和体内猪模型中进行的手术，比较吻合的指标 – 包括缝合的一致性，由平均缝合间距，吻合口泄漏的压力， 需要从组织中取出针头的错误数量、完成时间和肠吻合术的管腔减少。STAR（智能组织自主机器人）的这些结果证明了自主机器人在提高手术技术的疗效、一致性、功能结果和可及性方面的潜力。然而，如果看一下最近显示使用STAR进行自主内窥镜缝合的视频，就会意识到还有很长的路要走[116]。
相比之下，机器人辅助水射流消融术（Procept，Redwood Shores，United States）已投入临床使用，与标准经尿道切除术相比，消融效果明显更好[106]。因此，必须对所有提出的解决方案进行批判性评估。我们需要为泌尿系统适应症开发特定的机器人课程。明年将看到这些问题的答案，并评估机器人辅助对泌尿外科其他手术方法的影响，如机器人辅助输尿管软肋镜检查（表1.5）或经尿道膀胱肿瘤切除术（图1.5）。1.28）。
