发展史上的那时——
1452年4月15日
“火星人的天才少年”
门德斯·达文西长大在义大利那不勒斯。
01
500天前的“电脑浪人”
提出诉讼门德斯·达文西（Leonardo da Vinci）
现代人常常会想到
留驻在蒙娜丽莎眼里的这位谜样人
但许多人不晓得的是
达文西不但遗留下了惊才毛建草的画作
更凭借他们的课堂教学信念与自然科学积极探索信念
在病理学和Jalgaon上也获得了不斐的科研成果
在1495年
那个先进学科百废待兴的年代
他为我们留下了“门德斯的电脑浪人”手稿
仅通过一些绳子的控制
就能使这名浪人模仿一些人的动作
为纪念达文西的伟大创造
2000年美国Intuitive Surgical(直觉医疗)发明了人形手术电脑人，就被命名为
“达芬奇”手术电脑人（Leonardos robot）
02
“达文西”外科手术系统
在一个小玻璃瓶内
手术电脑人“达文西”正给一粒葡萄缝合“皮肤”
看看这行云流水的操作和令人惊叹的精准度
 fill=%23FFFFFF%3E%3Crect x=249 y=126 width=1 height=1%3E%3C/rect%3E%3C/g%3E%3C/g%3E%3C/svg%3E "医工交叉中的设计与技术——破解“达芬奇密码”5")
不但葡萄
它还可以在厚度仅为0.07毫米的生鸡蛋壳内膜上
“飞针走线”
然而
这样的电脑人真的能够自动为患者实施手术吗？
把他们的身体交给电脑人真的值得信赖吗？
事实上，大家不必担心
手术电脑人并不是独立运作的电脑人
准确来说，我们应该称它为电脑人辅助手术系统
在实际应用中
通过严格培训的外科医生才是真正的操盘手
手术电脑人则是他们手术过程中的“小助手”
通过“人-机”的协作配合来实现更好的治疗效果
对比传统开放手术和腹腔镜手术
“达文西”手术电脑人可以实现更小的创口与出血量
甚至可以避免在心脏手术中剖开患者胸腔
03
外科医生的强大“作战伙伴”
经由反复的结构设计与实验
“达文西”电脑人已经能很好的应用到实际外科手术中
从医学的角度来看
它是高级的腹腔镜系统
旨在通过微创的方法来实施复杂细微的外科手术
其应用范围之广
已经覆盖了普外科、泌尿科、心血管外科、
胸外科、妇科、五官科、小儿外科
等诸多外科手术应用场景
那么，作为医生的“战友”
“三头六臂”的它包括哪些部分？
它由外科医生控制台、床旁机械臂系统、成像系统
三部分组成
1
✦
外科医生控制台
外科医生控制台是整个系统的“头脑”
基于其优秀的人机交互反馈功能与协调性
大家千万不要担心
因为外科医生在整个手术过程中的所见与感受
与开放式手术是完全相同的
2
✦
床旁机械臂系统
床旁机械臂系统是手术系统的“躯干与肢体”
其主要功能是
为器械臂和摄像臂提供支撑
准确“复制”和“优化”医生的动作
3
✦
成像系统
成像系统则是外科医生细而入微的“眼睛”
其内装有
外科手术电脑人的核心处理器以及图像处理设备
能为主刀医生带来患者体腔内三维立体高清影像
04
关键核心控制技术
是什么使“达文西”电脑人走上手术室
和经验丰富的外科医生并肩作战
完成复杂的腹腔手术？
强大的核心控制技术是关键
01
可自由运动的手臂腕部 Endo-Wrist
——比人手更精准
可转腕540°的手术器械
自动滤除颤抖，突破人手极限，操作更精准稳定
02
3D高清影像控制技术
——比肉眼看得更清
三维影像平台内装有外科手术电脑人的核心处理器以及图像处理设备
内窥镜将手术视野图像被放大10~15倍
提供真实的16:9比例的全景三维图像
03
主控台的人机尺度与人机交互结构设计
主控台作为整个系统的“头脑”
应充分考量外科医生应用时的人机尺度与交互原则
合理的“手-眼”协调与舒适的坐姿
能够有效减少医生在实施手术过程中的认知行程，提高认知效率的同时，降低手术的疲劳感
出色的感知觉反馈通道能够降低手术中得到沟通成本，提高整个手术流程效率和准确性
05
从工业结构设计视角解读“达文西电脑人”
在了解了达文西和“达文西”电脑人后
我们不难发现
他将绘画与自然科学工程研究紧密融合了起来
善用妙笔，指尖生花
达文西用绘画将结构设计的机械清晰明了地
展现在世人眼前
这就是最早的工业结构设计图
几百年后的我们仍能明晰
当年曾灵动在这些能人灵魂中的思绪
与工程结构设计不同
工业结构设计除了考虑物与物关系外
更侧重于解决物与人的关系
如外观、造型、布局、肌理、色彩等，也要考虑人的心理生理因素（即人因）
工业结构设计与工程结构设计
作为产品开发过程中重要部分
缺一不可
06
补齐“达文西公钥”之路
时至今日
美国Intuitive Surgical(直觉医疗公司)
凭借旗下的达文西手术电脑人
垄断全球腔镜手术电脑人市场近20年
据直觉外科2022年财报显示，其营收达到62.2 亿美元，占全球手术电脑人总体市场规模的比重超过60%。
仅2022年一年，达文西手术量达到了约187.5万次，
同比增长约12%至16%。
截至2019年
使用这一设备在中国完成的手术就多达
13万次之多
且全世界单机手术量最高的前八家医院均在中国
在国外仅需1000万一台的达文西
在国内却被要到2000万的高额售价
加上大量昂贵耗材的限制
更是令患者与医生苦不堪言
如机械臂，
每只机械臂1.4万元，但其使用寿命却只有10次。
超过10次，就必须重新更换，否则就会远程遥控停机。
如何补齐“达文西公钥”，怎样才能使国产电脑人早日服务于我们的医患？
目前，在控制技术层面，
国产电脑人基本可以完成相同的操作，
但在算法、机械等性能上还存在差距。
比如操作顺滑度、卡顿效果、延迟等，而这些通常会影响到医生的手术体验。
2018年
随着达文西手术电脑人的第一批专利到期
国产电脑人企业迅速就嗅到机会
跑步入场，力求实现弯道超车
我国自研的天玑三代骨科电脑人
上海交大团队开发的“术锐”手术电脑人
可以预见的是
随着国家的重视
国内手术电脑人领域会越来越繁荣
与国外先进水平的差距也会越来越小
核心控制技术
只有牢牢掌握在他们手中
才不会惧怕国外卡我们脖子的风险
人民的健康绝不能握在别人的手里
在不远的未来
在国产控制技术的崛起下
高端医疗器械必将下沉至普通大众
进一步提升国人的生命质量
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图文编辑｜刘子荧 莫泽宇
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