手术机器人

八毫米

器械的杆直径 8 毫米，也有 5 毫米的。它从腹壁上的小孔伸进去，末端有一个能弯的手腕和一对钳口。

厂商举的例子是：医生的手移动 3 毫米，钳尖移动 1 毫米。手上的颤抖在传过去之前被滤掉。

器械直径 8 毫米 · 手 3 毫米 → 钳尖 1 毫米

支点在腹壁

普通的腹腔镜手术，医生握着一根笔直的长器械。器械穿过腹壁的地方成了支点：手往上，钳尖往下；手往左，钳尖往右。

钳尖移动多少，取决于器械在体内和体外的长度之比，而且随插入深度变化。直器械没有手腕，只能绕支点摆动、进退、绕自身转动，再加上钳口开合。医生看的是平面屏幕上的画面。

手与钳尖反向 · 位移之比 ≈ 体内长度 / 体外长度

不动的一点

机械臂上的器械同样从小孔进出，不能撕扯切口。所以每条臂都让器械绕着切口处的一点转动，这一点叫远程运动中心。

达芬奇的臂用平行四边形连杆在机构上保证这一点，厂商的专利里有描述；也有设计用软件协调各个关节来做到。画面里两根长杆始终平行，器械的延长线总穿过同一点。

器械绕切口处的一点转动 · 平行四边形连杆

剖开：手腕里的钢缆

器械的手腕由钢缆拉动。钢缆从尾部的驱动盒出发，穿过空心的杆，绕过第一根销轴上的导向轮，固定在两片钳口各自的滑轮上。

一份公开的专利给出这样的排法：四根钢缆，驱动三个动作。同一片钳口的两根缆一收一放，钳口转动；一片钳口的两根一起收、另一片的两根一起放，整个手腕弯曲。量产器械内部的结构没有公开。

四根钢缆 · 三个动作（专利 US 5,792,135 的方案）

主刀台

医生坐在主刀台前，通常和病人在同一个房间。头靠进观察窗，左眼和右眼各看一路图像：内窥镜里有两个独立的摄像通道，像两只眼睛，所以看到的画面是立体的。

双手捏着两个手控制器，手指开合对应钳口开合。脚下的踏板用来切换去控制内窥镜、松开离合，或者给器械通电止血。

两路图像，一眼一路 · 两个手控制器 · 脚踏板

床旁的四条臂

床旁的台车最多有四条臂：一条拿内窥镜，其余拿器械。器械装在臂末端的滑轨上，沿着自己的杆进退。新型号的内窥镜也是 8 毫米粗。

臂只跟着医生的手动。美国食品药品监督管理局的说法是：没有医生的直接控制，它无法完成手术。

一条内窥镜臂 · 三条器械臂

七个自由度

美国食品药品监督管理局的审批文件这样数：臂带着器械绕切口俯仰、偏摆、进退，是三个；器械自己的转动、手腕的两个弯曲方向和钳口开合，是四个。一共七个。

直器械少了手腕的两个方向。有了它们，钳尖可以拐过弯，从侧面去够、去缝，不再被切口的角度限制。

臂 3 个 + 器械 4 个 = 7 个自由度

缩小与滤抖

人手有生理性震颤，每秒 8 到 12 次（也有研究测到 6 到 12 次），幅度从几十微米到 0.15 毫米左右。系统把这些快速的抖动从手的动作里滤掉，再按比例缩小，传给钳尖。

厂商举例用的是 3:1；文献记载的临床档位在 1.5:1 到 3:1 之间，5:1 出现在早期专利和实验研究里。画面里的颤抖放大了许多；滤波器是模型自己的，厂商没有公开它的参数。

震颤 8–12 赫兹 · 缩放 1.5:1–3:1 · 画面中的颤抖已放大

拆开一把器械

一把器械由尾部的驱动盒、细长的杆、手腕和钳口组成。驱动盒底下的圆盘和臂上的驱动机构对接，圆盘转动，钢缆就收放。

器械只能用有限的次数，由内置芯片计数：过去多是 10 次，部分器械后来延长到 12 到 18 次。

它做不到的

多数型号没有力反馈，医生靠看组织的变形判断用了多大力。2024 年获批的达芬奇 5 可以选配力反馈器械，把钳尖受到的推拉力传到手上，但不反馈夹持力；在动物组织和模型上的试验里，组织受力最多减少约 43%。

一台系统售价约 70 万到 310 万美元，每台手术的器械和耗材约 900 到 3700 美元。效果因手术而异：直肠癌的随机试验没有看到中转开腹率的显著差别；子宫切除的并发症率与腹腔镜相近，费用更高；胆囊切除的大样本数据里，胆管损伤更多见。