Robotic surgery

Robotic surgery｜Gastone Ciuti（通讯作者）、Robert J. Webster III、Ka-Wai Kwok、Arianna Menciassi · 圣安娜高等学校生物机器人研究所（Scuola Superiore Sant'Anna, Pisa）/ 范德堡大学 / 香港中文大学 · Nature Reviews Bioengineering 3, 565–578 · 2025 年 4 月 22 日 · 原文

这篇综述在回答什么问题

手术机器人已经不是「要不要用」的问题，而是「机器与人各自该承担什么」的问题。这篇综述要回答的核心问题是：当机器开始在训练中与外科医生智能互动、在术中以不同程度的控制权与自主性（autonomy）提供帮助时，一个可用的工程框架应该长什么样。作者的立场很明确——机器人手术的潜力来自人机互补而非替代：机器提供精度、稳定性与不知疲倦的执行力，人提供情境判断与责任承担。围绕这个立场，文章把「小型化让机器人能伸进人体多深」「人机工效界面让医生能多自然地指挥它」「组织建模与实时反馈让系统多懂它正在切什么」三条主线并置，讨论它们如何共同决定一台手术机器人的临床价值。作者同时把机器人手术放进计算机辅助外科（computer-assisted surgery）的完整工作流里看，而不是只盯着手术台上那几分钟。

分类框架

综述给出两条正交的轴。第一条是构成模块（constitutive modules）：影像导引系统、机电本体（mechatronics）、传感与控制智能、软材料与柔性结构、以及用于组织操作与分离的能量源。第二条、也是全文的骨架，是控制与自主程度——介入医疗机器人被分为四类：

• 被动型（passive）：机器人只负责定位、保持与约束，本身不产生手术动作，典型如立体定向定位臂与手术导板。
• 交互型（interactive）：医生与机器人共同握持器械，机器人以虚拟夹具、主动约束（active constraints）等方式提供协同增强，手持式（hand-held、非接地）机器人也归入这一类。
• 遥操作型（teleoperated）：主从架构，医生在控制台上操作，机器人复现动作，da Vinci 系统是绝对主体，dVRK 则是支撑全球科研的开放平台。
• 自主型（autonomous）：机器人自行规划并执行任务或子任务，医生退到监督位。文章引用 CyberKnife 放射外科、ROBODOC 骨铣削以及 STAR 自主肠吻合，说明自主度在「刚性组织 / 无接触」场景已进入临床，而在软组织场景刚刚跨过在体验证门槛。

关键结论

• 自主性是连续谱而非开关：同一台设备在术前规划、术中执行、异常处置三个阶段可以处在不同自主等级，评价体系必须按阶段拆开谈。
• 模块化视角比「整机比较」更有解释力：影像导引、传感智能、软材料与能量源这几个模块的成熟度，决定了一个平台能落到哪个自主等级，而不是相反。
• 小型化正在改写可达性边界：柔性与软体结构、磁驱动等手段让机器人能进入过去器械到不了的解剖腔道，这是本领域最实在的增量。
• 训练与仿真属于系统的一部分：作者把手术训练、虚拟仿真器与人机界面评估纳入同一框架，认为临床采纳与医生训练是同一件事的两面。
• 以人为中心的平台需要「懂组织」：把组织建模（tissue modelling）与能量源—组织交互的实时监测接进控制回路，才可能做到个体化的介入效果，这是文章给出的下一阶段技术目标。

它指出的开放问题

• 软组织的实时高保真建模仍是瓶颈：形变、非均质、生理运动叠加，使得开环规划难以成立。
• 力/触觉反馈与多模态感知在商用平台上长期缺位，限制了更高自主度的安全边界。
• 现有主流硬件（如 da Vinci 系列）为遥操作设计，绝对定位精度并非其目标，直接迁移自主算法存在结构性障碍。
• 监管与法律：文章特别提到欧盟人工智能法案（EU AI Act）等新规对医疗 AI/机器人的影响，认为合规路径必须与技术路线同步设计。
• 评价基准缺失：不同自主等级、不同术式之间缺少可比的性能与安全度量，阻碍循证比较。

为什么值得读

作者阵容本身就是理由：Menciassi 与 Ciuti 来自圣安娜的生物机器人研究所（胶囊机器人与微创器械的重镇），Webster 是范德堡大学同心管机器人（concentric tube robot）与外科连续体机器人的代表人物，Kwok 则长期做 MRI 兼容与柔性介入机器人。四个人把「机构学—感知—智能—临床」串成一条线，而不是各写各的一段。这篇文章适合作为进入医疗机器人领域的第一张地图：它既给出可直接引用的分类学，也把每一类背后的物理与临床约束讲清楚，读完再去看具体系统论文会省很多力气。

原文链接

• Nature Reviews Bioengineering 期刊页（摘要与 Key points 开放）