醫(yī)用機器人與計算機導航系統(tǒng)的歷史沿革

         根據(jù)醫(yī)用機器人與計算機導航系統(tǒng)的發(fā)展特點，小節(jié)從計算機輔助手術(shù)、機器人輔助手術(shù)和遙操作手術(shù)三個方而分別介紹其歷史汁革。首先，根據(jù)圖像模式的不同，介紹了計算機輔助手術(shù)在CT/MRI導航、透視導航、無圖像導航以及其他一些導航手術(shù)中的研發(fā)進展。然后，按照醫(yī)用機器人的歷史進程，詳細闡述基于工業(yè)機器人平臺的外科機器人、專用外科機器人以及小型模塊化機器人三個發(fā)展階段。后，根據(jù)臨 床應用特點，簡單歸納了遙操作手術(shù)在本地遙外科和遠程遙外科中的應用。

         一、計算機輔助手術(shù)
         計算機輔助外科是一種利用計算機高速信息處理能力，綜合先進的成像設備（主 要包括CT、MRI、PET、SPECT、X線、透視、超聲等）和空間定位方法，通過虛擬手 術(shù)環(huán)境為外科醫(yī)生提供導航技術(shù)支持，使手術(shù)過程更安令、更精確，使手術(shù)效果更好、 康復過程更快的新興技術(shù)。計葬機輔助手術(shù)的基本原理非常糞似于CPS衛(wèi)星全球定位系統(tǒng)(見圖7-2)，即：利用外部跟蹤設備，實時測量手術(shù)器械相對于操作對象的位 置，然后將位置信息硅示在醫(yī)學圖像地圖上，使得外科醫(yī)生能夠清楚地看到手術(shù)器械 的當前位置，便于判斷和決策手術(shù)操作。日前，典型的外科定位方法主要包括光電、 超聲、電磁、激光、機械／機器人等。

         計算機輔助手術(shù)作為一種多學科交叉的新興前沿技術(shù)，能夠利用多模圖像數(shù)據(jù)建 立二維或者三維仿真環(huán)境，輔助醫(yī)生進行手術(shù)評估、規(guī)劃、仿真和監(jiān)控等過程，使外科手術(shù)更精確、安全和微刨，從而提高手術(shù)質(zhì)量，減輕患者痛苦，降低醫(yī)療成本。其臨床優(yōu)勢主要體現(xiàn)在精度高、效果好、技術(shù)先進、應用廣泛四個方面。 早期計算機輔助手術(shù)的發(fā)展在很大程度t受成像技術(shù)發(fā)展的約束。20世紀80年代末期出現(xiàn)的圖像引導手術(shù)的概念直接體現(xiàn)了這一發(fā)展進程。借助醫(yī)學圖像處理和可視 化技術(shù)，圖像引導手術(shù)為外科醫(yī)生提供了友好的交互規(guī)劃接口，從而大大擴展了醫(yī)生的手術(shù)視野，提高了醫(yī)生對手術(shù)的判斷能力。同期，微創(chuàng)外科的概念也被引入臨床并蕕得廣泛認可。隨后，以微創(chuàng)外科為目標，傳感器技術(shù)、定位技術(shù)等逐步進入外科應 用。
         這些技術(shù)的相互融合，直接促進了計算機輔助外科概念的產(chǎn)生。 計算機輔助手術(shù)導航方法的分類有很多種。按照手術(shù)定位方法，可分為光電導航、 電磁導航、機構(gòu)導航等；按照手術(shù)自動化程度，可分為被動系統(tǒng)、主動系統(tǒng)等；此外，還可以按照手術(shù)適應證、患者年齡等進行分類。由于圖像概念在手術(shù)導航的發(fā)展進程 中扮演著至關(guān)重要的作用。因此，這里以閏像為參考對象，根據(jù)手術(shù)所用成像方法的不同，主要介紹Cr／MRI導航、透視導航、無圖像導航等幾種典型技術(shù)的發(fā)展歷程。

         （一）CT/MRI導航
         CT/MRI導航是發(fā)展早，也是技術(shù)成熟的一類手術(shù)導航方法。該方法的典型過程是在手術(shù)之前獲得患者的圖像掃描數(shù)據(jù)，在術(shù)中建立患者實際解剖結(jié)構(gòu)與術(shù)前CT圖 像之間的聯(lián)系，為醫(yī)生規(guī)劃和操作提供豐富的二維或者三維導航環(huán)境。早在1985年，美國Thomas Jefferson大學醫(yī)院利用CT數(shù)據(jù)重建出了三維髖臼骨折情況，實現(xiàn)了放射學 珍斷的標志性突破。1987年，日本Fujita Health大學開始將CT圖像與定位系統(tǒng)（裝有碼盤的機械手）相關(guān)聯(lián)來引導手術(shù)定位。
         隨后，瑞士Cantonal匱院在1986年、美國 Mayo醫(yī)療中心在1987年和1988年、法國Grenoble大學醫(yī)院在1987和l995年、德國 Aachen工業(yè)大學在1990年、芬蘭Oulu大學在1991年、美國Vanderbilt大學在1991年和1995年、美國ISC公司在1994年、瑞士聯(lián)邦理工學院在1995年、飛利浦醫(yī)療公司在 1996年等等，叉分別提…了幾種基于CIYMRI/DSA的計算機輔助于術(shù)系統(tǒng)，并在腦外 科手術(shù)中獲得了應用，隨后，在目科領域，美國Carnegie Mellon大學在1995年研制了HipNav導航系統(tǒng)，采用CT圖像進行術(shù)前三維規(guī)劃，引導全髖置換手術(shù)；2004年義研 制了KneeNav導航系統(tǒng)，同樣采用CT圖像進行引導，輔助醫(yī)生完成關(guān)節(jié)置換和前交叉 劬帶重建手術(shù)。
         在國內(nèi)，1997年，海軍總醫(yī)院與北京航空航天大學合作開發(fā)了計算機 輔助神經(jīng)外科規(guī)劃系統(tǒng)CAPN，并成功應用于臨床。2005年，上海交通大學開發(fā)了計 算機輔助止頜外科手術(shù)規(guī)劃與術(shù)中導航系統(tǒng)等。 目前，CT/MRI導航已經(jīng)在臨床卜獲得了廣泛應用，但是，隨著現(xiàn)代外科對手術(shù)質(zhì)世的要求越米越商，這種導航方法所固有的術(shù)前圖像與術(shù)中解剖對象之間的配準誤差 已經(jīng)成了不可忽視的問題，因此，部分學者開始研究將CT或者MRI設備引入手術(shù)室，利廂術(shù)中宴時的斷層圖像進行手術(shù)導航。但這種方法所需設備龐大復雜，很難布置在常規(guī)手術(shù)室中；同時，技術(shù)上尚未完全成熟，還沒有達到應用普及的程度。隨著CT/MRI成像設備不斷小型化、專業(yè)化的發(fā)展，這種方法有望在不久的將來進入臨床。

         （二）透視導航
         透視技術(shù)主要用于骨骼等高密度組織的顯影，因此，透視導航首先在骨科領域獲得了應用。透視導航的主要特點是透視圖像和手術(shù)操作的緊密關(guān)聯(lián)性（耦合性），即手 術(shù)器械能夠?qū)崟r、虛擬地顯示在術(shù)中透視圖像上，為醫(yī)生提供良好的視覺效果。目前，透視導航的設備主要是C臂X線機。根據(jù)導航用圖像的維度不同，透視導航主要包括二維和三維兩種透視導航方法。二維透視導航出現(xiàn)早，它是借助跟蹤相機來檢測手術(shù)環(huán)境對象（包括C臂、手術(shù)器械、患者）的宅問姿態(tài)，并建立相互之間的映射關(guān)系。 同時，在C臂上安裝有相機標定模型（一般是雙層結(jié)構(gòu)的標定靶），來完成姿態(tài)跟蹤、 失真校正、相機標定等。目前，典型的商業(yè)化透視導航系統(tǒng)主要有美國Scryker公司的 Stryker系統(tǒng)、德國BrainLab公司的VectorVision系統(tǒng)、美國Medtronic公司的StealthStation系統(tǒng)等。此外，還有一些機構(gòu)升發(fā)了原型系統(tǒng)，但都投有產(chǎn)業(yè)化的報道。
         國內(nèi)方而，上海交通大學、北京航空航天大學開展了透視導航下關(guān)節(jié)類手術(shù)系統(tǒng)的研究，而深圳 安科高技術(shù)股份有限公司推出的光電引導下的透視導航系統(tǒng)已經(jīng)在創(chuàng)傷、脊柱等領域獲得了一定應用。 在二維透視導航方法中，需要一提的是在2000年，美國Johns Hopkins大學的學者 參考視覺伺服的定義提出了“透視伺服”(fluoroscopy servoing)的概念，并在腹腔等軟組織手術(shù)中進行了初步實驗。
         應該說，透視伺服方法為醫(yī)生提供了真實的實時手術(shù) 圖像，能夠獲得蛙直接的伺服控制效果。但是，透視圖像缺乏對軟組織的有效分辨能力，而且存在大城噪聲，圖像分割和識別存在一定困難，伺服效果并不理想；同時，長時間連續(xù)c惜透視的高輻射性極易傷害患者的細胞組織，因此，不宜用于人體重要組織（如心臟等）的導航治療，目前的研究也僅限于腹部腫瘤組織。 在這些二維透視導航方法中，配準過程是必不可少的一個步驟。不同導航方法的配準精度及其穩(wěn)定性也不盡相同，因此，圖像配準技術(shù)研究是提高二維透視導航方法有效性的主要內(nèi)容。 2000年，德國西門子公司推出r l有術(shù)巾三維透視成像功能的等巾心C臂SIRE． MOBIL Iso - C3D，為術(shù)中個體化的三維診斷和規(guī)劃提供J-種全新途徑，直接促進r三維透視導航方法的出現(xiàn)。三維透視導航能夠監(jiān)測手術(shù)環(huán)境中各對象的空間姿態(tài)及相 互關(guān)系，從而自動建立三維透視圖像數(shù)據(jù)集與其他手術(shù)對象信息數(shù)據(jù)之問的配準關(guān)系。 三維透視導航的優(yōu)勢可概括為三點：一是町術(shù)中實時三維成像；二是完全自動配準，精度高；三是不必安裴人體標記，實現(xiàn)微創(chuàng)手術(shù)。目前，國內(nèi)外許多機構(gòu)先后提出了多種基于Iso - C3D的三維透視導航方法，在脊杜損傷、關(guān)節(jié)內(nèi)骨折、骨箍骨折等手術(shù)中開展了初步應用。
         為了進一步提高成像設備的臨床性能，2004年，西門子公司在優(yōu) 化Iso - C3D的基礎上，推出了 Arcadis Orbic3D，在系統(tǒng)功能、影像質(zhì)量與成像速度上 都有顯著改善；并且，Orbic3D與直接三維導航接口軟件Navili[x]nk3D結(jié)合，進一步提高 丁導航精度，優(yōu)化了操作流程。 但是，與常規(guī)C臂的結(jié)構(gòu)不同，Iso - C3D和Orbic3D的旋轉(zhuǎn)C臂均采用了等中心（同心）結(jié)構(gòu)，即C臂的軌道旋轉(zhuǎn)軸線與“球管增強器”的成像旋轉(zhuǎn)軸線共軸，這在 一定程度上減少了醫(yī)生的操作空問。2004年，德國Ziehm影像公司推出了一種新型的透視三維成像設備Ziehm Vario 3D。該設備在不減小傳統(tǒng)C臂的有效操作空問的前提 下，設計了合理的傳動機構(gòu)，可以保證C臂在旋轉(zhuǎn)過程中成像中心和旋轉(zhuǎn)中心始終保 持一致。與Iso - C3D、Orbic3D相比，Vario 3D在結(jié)構(gòu)上更簡單，體積更小，但在成像 時需要手動采集各個投影角度上的透視投影數(shù)據(jù)，成像速度比1so - C3D慢得多。可以 說這兩類設備各有特點，Iso - C3D、Orbic3D適合于大型現(xiàn)代化手術(shù)室應用，而Vario3D更適合于常規(guī)手術(shù)室使用。 可以預見，CAS的不斷發(fā)展也必將促進透視導航技術(shù)的不斷變革，二維透視導航將進一步擴大其臨床應用，三維透視導航將會受到越來越多的重視。

         （三）無圖像導航
         無圖像導航是近兒年出現(xiàn)的一種導航技術(shù)，其關(guān)鍵技術(shù)是術(shù)中實時重建患者的幾 何模型。這種導航方式早卅現(xiàn)在關(guān)節(jié)置換手術(shù)中。早期的關(guān)節(jié)置換導航手木使用術(shù) 前CT圖像進行手術(shù)規(guī)劃和過程仿真，但由于手術(shù)過程中關(guān)節(jié)不可避免地發(fā)生運動，影 響了手術(shù)精度，因此，在20世紀90年代，人們開始嘗試借助光電導航設備，術(shù)中采集關(guān)節(jié)骨讎表面的幾何形狀，利用這些實時采集的骨面數(shù)據(jù)而小是l割像數(shù)據(jù)來進行手術(shù)導航，即無圖像導航。 早期的無圖像導航系統(tǒng)是直接利用術(shù)中重建的骨骼表面進行手術(shù)規(guī)劃，如法國大 學TIMC研究所的Lavallee在1995年研制的計算機輔助前交叉韌帶重建系統(tǒng)。
         但是，人 體解剖結(jié)構(gòu)復雜，術(shù)中只能重建出一些局部的骨骼表面片，無法從完整骨骼的角度， 為醫(yī)生提供直觀、有效的視覺效果，從而造成手術(shù)規(guī)劃困難。1998年，該研究所的 Fleute等人在Lavallee工作的基礎上，分析總結(jié)了該所在可變形統(tǒng)計學建模領域的多年研究成果，提出了三維骨建模技術(shù)一骨骼變形(Bone morphing)，并由法國Praxim Medi-
vision公司獲得了專利。該技術(shù)首先被用在了計算機輔助前交叉韌帶重建系統(tǒng)中，隨后 擴展到關(guān)節(jié)置換等其他骨科適應證，代替了一些以CT等影像為基礎的CAS系統(tǒng)。
         目前，此項技術(shù)已經(jīng)逐步應用到全髖關(guān)節(jié)置換、膝關(guān)節(jié)單髁置換和脛骨截骨等CAS手 術(shù)。Broinlak公司也在其商業(yè)化VectorVision系統(tǒng)中集成了此項功能。借助骨骼變形技術(shù)，外科手術(shù)可以不再使用術(shù)前CT等影像，減少了手術(shù)費用；而且操作過程中不用C臂X線機，避免了X線輻射的困擾?？梢哉J為，無圖像導航技術(shù)是未來CAS技術(shù)發(fā)展 的一個重要方向。 除上述三種影像導航方法外，超聲導航、激光導航等也開始進入外科導航領域，并顯示出了一定的應用前景。當前，CAS的研究和應用主要集中在神經(jīng)外科、骨科、 耳鼻喉科、牙科、腹腔科以及顱頜面外科等領域，有效提高丁手術(shù)目標的定位精度，增強了手術(shù)操作的視覺效果，縮短了手術(shù)操作時間，減小了手術(shù)損傷，從麗提高了手 術(shù)成功率，并縮短了患者康復時間。未來CAS的發(fā)展重點將集中在開發(fā)更好的人機接 口，提高手術(shù)安全性和穩(wěn)定性等方面，同時進一步擴展CAS的應用范嘲。
 

         二、機器人輔助手術(shù)
         二十幾年前，機器人技術(shù)開始進入外科領域。當時，機器人與自動化設備已經(jīng)在工業(yè)領域獲得了廣泛應用，在操作靈活性、穩(wěn)定性及準確性方面顯示出了很大優(yōu)勢。 為了解決外科手術(shù)中存在的精度不足、輻射過多、切口較大、操作疲勞等問題，人們 開始探討如何在外科手術(shù)中引入機器人技術(shù)，借助機器人、傳感器等新技術(shù)的自身優(yōu) 勢，為外科醫(yī)生提供一類新的治療方法和系統(tǒng)，提高外科手術(shù)的操作精度，減緩醫(yī)生 操作疲勞，實現(xiàn)微創(chuàng)手術(shù)，以期改善手術(shù)效果。自1985年報道了例醫(yī)用機器人至 今，醫(yī)用機器人技術(shù)已經(jīng)取得了顯著發(fā)展，從早期的工業(yè)機器人平臺到目前的專用機 器人，從早期的大型復雜機構(gòu)到目前的小型模塊化結(jié)構(gòu)，從早期的簡單定位功能到目 前的多功能、遠程手術(shù)操作，可以說，醫(yī)用機器人技術(shù)與系統(tǒng)已經(jīng)形成丁自己的發(fā)展特色，正在形成一個新型的、前沿性的學科領域。

         （一）基于工業(yè)機器人平臺的外科機器人
         早期的外科機器人系統(tǒng)大多采用工業(yè)機器人平臺。1985年出現(xiàn)的臺醫(yī)用機器 人采用Puma560I業(yè)機器人來完成腦組織活檢中探針的導向定位。1988年，美國Cali。 fornia大學和IBM公司合作開發(fā)了髖關(guān)節(jié)置換機器人，采用了SCARA結(jié)構(gòu)，并在末端 操縱器上安裝了六自由度壓力傳感器來校正切削動作，通過視覺系統(tǒng)來保證骨骼切削 過程的安全。1989年，英國的皇家學院機器人中心(Center for Robotics at the ImperialCollege of Science，Technology and Medicine)利用改進的Puma機器人進行了前列腺切除 術(shù)，大大縮短了手術(shù)操作時間。
         1999年，德國orto Maquet公司研制了Caspar機器A采用Stabubli RX90工業(yè)機器人構(gòu)型，可用于全髖或全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)中的骨骼磨削以及 前交叉韌帶重建術(shù)的隧道人點定位，磨削精度達到了0.10mm。 在國內(nèi)，1997年，北京航空航天大學和海軍總醫(yī)院聯(lián)合研制了基于Puma262的腦外科機器人輔助定位系統(tǒng)，并成功開展了臨床應用，填補了我國醫(yī)用機器人研究的空 白。2002年，哈爾濱工業(yè)大學研制丁基于Motoman工業(yè)機器人的骨折手術(shù)治療機器人 試驗平臺。上述研究和應用大大促進了所在國家和地區(qū)以及世界范圍內(nèi)的醫(yī)用機器人 事業(yè)的建立和發(fā)展，豐寓了外科手術(shù)治療理念和手段。 但是，由于這些工作大多傳承自工業(yè)機器人技術(shù)，很難避免工業(yè)機器人存在的精 度和安全性不高，不符合醫(yī)生操作習慣等問題。

         （二）專用外科機器人
         20世紀80年代末期，開始出現(xiàn)了專用外科機器人的研制工作。1987年，美國ISS公司推出了個獲得美國FDA認證的醫(yī)用機器人產(chǎn)品NeuroMate系統(tǒng)。系統(tǒng)采用機械臂和立體定位架來完成腦外科立體定向手術(shù)中的導向定位，隨后在1999年去掉了定 位架，大大減輕了手術(shù)創(chuàng)傷。1991年，ISS公司又推出r全球個骨科手術(shù)機器人系統(tǒng)，即的RoboDoc，并在當年7月完成了例全髖置換臨床手術(shù)。盡管由于無法獲得FDA評可而不能在美國用于臨床，但該系統(tǒng)在歐洲、日本等地獲得了廣泛應 用。1991年，倫敦帝國理工學院研制了Probot機器人，用于腹腔鏡下的手術(shù)微操作。 可以說．這些專用外科機器人系統(tǒng)的出現(xiàn)，大大豐富了外科機器人的種類和內(nèi)容，促進r醫(yī)用機器人產(chǎn)業(yè)的形成。

         （三）小型模塊化外科機器人

         20世紀90年代，受微創(chuàng)外科的影響，醫(yī)用機器人出現(xiàn)了小型化、模塊化的發(fā)展趨勢。1993年，日本的Narumity研制了一套用于微創(chuàng)血管手術(shù)的微機器人系統(tǒng)，系統(tǒng)集成了力／觸覺傳感器和微型泵，屬于靈巧型機器人。2001年，以色列Mazor公司推出了 小型并聯(lián)的脊柱外科機器人SpineAssist。機器人高度不足70 mm，重量不過20g，可直 接安裝在骨骼上，大大提高了定位精度和穩(wěn)定性。
         目前，該系統(tǒng)已獲得了美國FDA認 證。2004年，法國Praxim公司也研制r可直接安裝在骨骼上的小型機器人Praxiteles． 用于全膝置換的骨骼磨削。2004年，東京大學研制了五自由度小型鏈式結(jié)構(gòu)機器人， 用于前交叉韌帶重建手術(shù)的隧道鉆孔：2005年，美國Pittshurgh大學研制了Mbars小型并聯(lián)機器人，同樣可直接安裝在掰骼上，用于關(guān)節(jié)擊面的磨削成形。
         此外，韓國、新加坡等電著手開展了小型模塊化醫(yī)用機器人的研究。 在國內(nèi)，北京航空航天大學與北京積水潭醫(yī)院合作，在2004年研制了小型模塊化 丹科機器人“新萌”系統(tǒng)(compact modularized orthopaedic robot system，CMORS)，并成 功進行了臨床鷹用。該機器人結(jié)構(gòu)緊湊，可在術(shù)中快速裝拆，適合于長骨骨折、股骨 頸骨折和骨盆骨折等臨床適應證。2004年，上海交通大學與上海第二醫(yī)科大學合作研 制了用于關(guān)節(jié)置換的小型機器人系統(tǒng)原型，系統(tǒng)由五自由度小型串聯(lián)機器人、七自由度可調(diào)式支撐臂和NDI Polaris被動跟蹤器組成，可通過骨夾直接連接在患肢上，從而 減少了精度損失。 應該說，以傳感器技術(shù)、微機電技術(shù)為基礎，適應微創(chuàng)手術(shù)的發(fā)展需求，小型化、 模塊化和智能化已成為未來一段時間內(nèi)醫(yī)用機器人研究的重要趨勢。 
         三、遙外科手術(shù)外科遙操作是在機器人遙操作技術(shù)的基礎上發(fā)展起來的。20世紀40年代到50年 代間，美國Argonne國家實驗室研制了一臺六自由度遙操作機械臂，實現(xiàn)了遠距離操作核放射材料。20世紀80年代，借助當時興起的微計算機技術(shù)，美國JPL實驗室（噴氣推進實驗室）開發(fā)了主從式控制系統(tǒng)。這些都為遙外科系統(tǒng)的出現(xiàn)奠定了技術(shù)基礎。 而遙外科出現(xiàn)的直接原動力來自于戰(zhàn)場前線緊急傷員的治療（因為戰(zhàn)場上往往缺乏有 經(jīng)驗的操作醫(yī)生），但受自身技術(shù)發(fā)展過程的限制，遙外科至今仍未在軍事（包括戰(zhàn) 場、太空等）上獲得應用，但卻在民用領域獲得了充分展示。 在遙外科手術(shù)中，醫(yī)生是手術(shù)操作的實際規(guī)劃者和操作者。
         他們根據(jù)視頻相機反饋的實時圖像，操作手柄，直接控制所有手術(shù)器械（包括機器人操作終端）的運動。 醫(yī)生和患者之間的所有數(shù)據(jù)信息交流都是通過各種人機接口進行的。如何有效地設計并實現(xiàn)這些接口，實現(xiàn)規(guī)劃端和操作端之間的視覺、力觸覺、聲音等信息的合理通訊， 是提高遙外科系統(tǒng)性能的關(guān)鍵，相對于傳統(tǒng)微創(chuàng)外科，遙外科技術(shù)更符合人機工程學和醫(yī)生操作習慣?，F(xiàn)有的微 創(chuàng)外科器械對醫(yī)生的動作要求非常嚴格，比如：在微刨膜腔鏡或者關(guān)節(jié)鏡手術(shù)中，受 小切口處杠桿效應的限制，內(nèi)鏡設備的運動只能有四個自由度（一個直線自由度和三個以切口點為中心的旋轉(zhuǎn)自由度）；而且，醫(yī)生能夠感知的操作末端的真實的力／角m覺 反饋也非常有限，只能通過觀察監(jiān)視器視頻中顯示的組織變形和顏色變化來做出判斷。 而遙外科系統(tǒng)可以改善甚至消除這些缺點。l-時，遙外科還能夠提高醫(yī)生在人體內(nèi)小 空間的操作靈活性。由于遙外科的主端控制器一般采用六自由度機器人設備（主要是操作手柄），所以醫(yī)生可以非常靈活地控制從端手術(shù)設備在患者體內(nèi)的靈巧動作；而 且，醫(yī)生在主端的操作動作被傳遞到從端設備末端（患者體內(nèi)）時，能夠按比例縮小，并自動濾掉人手的顫動，因而可以大大提高手術(shù)操作的穩(wěn)定性、精確性和安全性、可靠性，降低醫(yī)生的操作疲勞，提高手術(shù)質(zhì)量。 
         根據(jù)醫(yī)生和患者所處的位置關(guān)系，遙外科分為本地遙外科和異地遙外科兩種。顧名思義，本地遙外科是指醫(yī)生和患者同處一室，醫(yī)生遠離患者一定距離，通過交互設 備控制從機器人進行手術(shù)操作；Zeus和Da Vinci是典型的兩種本地遙外科手術(shù)系統(tǒng)。 而異地遙外科則是指醫(yī)生和患者分別處在不同的位置，如不同的手術(shù)室、不同的醫(yī)院、 不同的地區(qū)，甚至遠隔千山萬墾。目前，本地遙外科系統(tǒng)已經(jīng)有了商業(yè)化產(chǎn)品，而異地遙外科系統(tǒng)仍然處在研究試驗階段。 在異地遙外科方面，1993年，意大利學者在美國JPL實驗室控制位于意大利米蘭的遙操作實驗室的SCARA機器人對豬組織器官進行了異地組織切片檢查手術(shù)實驗：
         1995年，他們叉在意大利本土控制該機器人對實際病人的組織進行了類似試驗。這兩 次試驗均采用了衛(wèi)星通訊和光纖通訊，而沒有采用網(wǎng)絡通訊方式。1996年，美國麻省理工學院的Sheridan提出了一種遙外科手術(shù)方案：專家在進行遠程控制的同時，還要與手術(shù)現(xiàn)場的助手進行交互，南助手進行輔助工作。助手可以不是專業(yè)受訓人員但必須要在專家指導下工作。從后續(xù)發(fā)展來看，這種方案是切實可行的。1999年，法國的馬爾薩克斯在法國斯特拉斯堡市通過網(wǎng)絡控制斯特拉斯堡大學醫(yī)學中心的Zeus機器人進行了異地遠程膽囊切除手術(shù)；隨之，2001年，同樣是利用該中心的Zeus機器人，由7000公里之外的美國紐約通過網(wǎng)絡控制，為68歲的女性患者成功進行了跨大西洋的遠程膽囊切除手術(shù)，僅歷時45分鐘，術(shù)后患者恢復順利，無任何并發(fā)癥，此即 的“林白”手術(shù)。“林白”手術(shù)初步證明了遙外科手術(shù)的臨床可行性，被認為足遠程外 科技術(shù)發(fā)展的一個重要里程碑。此次手術(shù)采用了基于ATM網(wǎng)絡的專用虛電路服務，手術(shù)過程中雖然出現(xiàn)了一些通訊中斷、丟包等問題，但都及時得到了解決。
         在“林白” 手術(shù)之后，德國、以色列、韓國、日本、新加坡等也陸續(xù)開展了此類研究和試驗。 國內(nèi)方面，雖然在20世紀90年代中期就出現(xiàn)了遠程會診，但對遙外科的研究則是近幾年才開始。2001年，解放軍海軍總醫(yī)院與北京航空航天大學合作，通過局域網(wǎng)進行了遠程外科手術(shù)的探索實驗；并于2003年10月利用“黎元BH - 600”主動機器 人，在北京和沈陽之間完成了國內(nèi)例腦外科立體走向異地遙操作手術(shù)，在視覺標定、ADSL多路視頻網(wǎng)絡同步傳輸、基于預覽／預測的增強現(xiàn)實等關(guān)鍵技術(shù)方面取得了突破性進展。2006年3月，北京積水潭醫(yī)院與北京航空航天大學合作，利用“新萌” 機器人，在北京和延安之間完成了國內(nèi)例骨折髓內(nèi)釘內(nèi)固定異地遙操作手術(shù)，提出并實現(xiàn)了基于窄帶網(wǎng)絡的遠程規(guī)劃理念，從而在一定程度上降低了異地遙外科對網(wǎng)絡配置的要求。 
         可以說，遙外科技術(shù)與系統(tǒng)盡管取得了一定發(fā)展，但仍面臨諸多問題。首先，網(wǎng) 絡時延問題，需要將時延降低到人的有效感覺之下，實現(xiàn)臨場感手術(shù)操作。其次，網(wǎng) 絡安全問題，改善網(wǎng)絡通訊條件，優(yōu)化手術(shù)所用的數(shù)據(jù)傳輸流，保證網(wǎng)絡傳輸效率； 克服數(shù)據(jù)丟包、病毒、數(shù)據(jù)變異等問題，提高手術(shù)安全性。后，適應證擴展問題，應進一步擴大遙外科手術(shù)的應用范圍。