达芬奇手术机器人（Leonardo Da Vinci surgical robot）是世界上最为常见的外科手术系统，主要由床旁机械臂系统、成像系统、外科医生控制台三部分组成。实施手术时外科医生不与患者直接接触，通过三维视觉系统和动作定标系统操作控制，医生手臂、手腕和手指的动作通过传感器在计算机中记录下来，并同步翻译给机器手臂，机械手臂的前端安装各种特殊的手术器械模拟外科医生的技术动作，完成手术操作。

第一台达芬奇手术机器人于1999年诞生，并于2000年通过美国食品药品监督局（美国食品药品监督管理局）的认证且应用于外科手术治疗。2006年，中国北京的301医院引进并开始使用中国第一台达芬奇手术机器人。2022年3月，贵州省人民医院小儿外科安妮妮教授团队使用“达芬奇”机器人手术突破100例。截至2023年，达芬奇机器人手术系统已广泛应用于泌尿外科、普外科、心脏外科、妇科学等，其中泌尿外科是当前机器人手术的主要应用领域之一。2023年6月13日，云南省第一人民医院首例达芬奇机器人心脏手术的患者顺利出院。

达芬奇手术机器人的主要优势在于高度放大清晰的三维视野及极其灵活的机械手臂，使手术操作“更精细、更精准、更精确”。但同时也存在系统缺乏触觉反馈，术者对手术视野内的组织器官没有触觉感知，无法判断血管、肿瘤等组织的弹性、搏动性、硬度、韧性等安全风险。未来达芬奇手术机器人的应用范围有望持续扩大，市场渗透率仍待提升，商业化壁垒仍待打通。

利用达芬奇手术机器人放大清晰的三维视野及极其灵活的机械手臂，可当做外科医师的代理手臂，依照医师的手部动作，完成精细的手术步骤，使手术操作“更精细、更精准、更精确”。

在泌尿外科领域的主要应用有达芬奇手术机器人辅助腹腔镜前列腺癌根治术、肾癌根治术、肾部分切除、全膀胱切除、肾上腺切除、肾盂成形术等。另外，膀胱膨出修复术、直肠前突修复术、输尿管再植、输尿管重建、输尿管膀胱吻合、骨阴道固定、肾固定、肾囊肿切除、输精管吻合、精索静脉曲张手术等大多数泌尿外科手术都有成功使用机器人手术完成的报道。自2017年起，用达芬奇手术机器人治疗前列腺癌根治性术已是手术的首选术式。

在心脏外科的应用主要是辅助冠状动脉旁路移植术和辅助二尖瓣手术。辅助冠状动脉旁路移植术主要包括机器人乳内动脉游离加胸壁小切口冠状动脉旁路移植术和全机器人下冠状动脉旁路移植术。单纯二尖瓣病变或合并三尖瓣病变可考虑机器人辅助二尖瓣手术。此外，达芬奇手术机器人还可以辅助先天性心脏病纠治术、心脏肿瘤切除术、心房颤动消融术和起搏导线植入术等。

达芬奇手术机器人有三个组成部分，分别是床旁机械臂系统、成像系统、外科医生控制台。

床旁机械臂系统（Patient Cart）是外科手术机器人的操作部件，其主要功能是为器械臂和摄像臂提供支撑。该系统包含3～4个交互式的机械臂（1个持镜臂、2～3个工作臂）。持镜臂有4个关节，用于术中握持腹腔镜摄像头；工作臂有6个关节，用于完成术中各种操作。每个工作臂装有一个Endo Wrist仿真机械手，它通过抓钳、电钩、剪刀、针持器等不同的控件可以像人手一样进行钳抓、分离、缝合等手术操作。同时，它还具有振动消除系统和动作定标系统，可保证机械臂在狭小的手术空间内进行精确的操作。且手臂上的微型摄像机可以进入人体内部，完成某些人类医师难以完成的高难度手术。为了确保患者安全，助手医生比主刀医生对于床旁机械臂系统的运动具有更高优先控制权。

成像系统（Video Cart）内装有外科手术机器人的核心处理器以及图像处理设备，在手术过程中位于无菌区外，可由巡回护士操作，并可放置各类辅助手术设备。达芬奇手术系统的内窥镜可以形成三维立体图像，手术图像被放大10~15倍，提供真实的全景三维图像，使主刀医生较普通腹腔镜手术更能把握操作距离，更能辨认解剖结构，提升了手术精确度。

手术主控台（Surgeon Console）是外科手术机器人的控制中心，其设计充分考虑了人机交互。主控台提供了自然的手眼协调，舒服的坐姿降低了手术医生的疲劳感，保证长时间手术的正常进行，内置的麦克风能够让手术中的沟通更加有效率。主刀医生坐在控制台中，位于手术无菌区之外，使用双手控制两个主控制器，使用脚踏板来切换不同的手术工具。控制系统中的运动比例缩放功能将使医生手部的自然颤抖或无意的移动降低到最小程度。

实施手术时外科医生不与患者直接接触，通过三维视觉系统和动作定标系统操作控制，医生手臂、手腕和手指的动作通过传感器在计算机中记录下来，并同步翻译给机器手臂，机械手臂的前端安装各种特殊的手术器械模拟外科医生的技术动作，完成手术操作。

主刀医生坐在控制台中，位于手术室无菌区之外，使用双手（通过操作两个主控制器）及脚（通过脚踏板）来控制器械和一个三维高清内镜，使其手术器械尖端与外科医生的双手同步运动。控制系统中运动比例缩放功能将使医生手部的自然颤抖或无意的移动减小到最小程度，主刀医生还可以从外科医生控制台中选择将视图从全屏模式切换到一种多图像模式，该模式能够显示出手术部位三维图像的同时，一并显示出由其他设备提供的最多两个附加图像，例如患者心电监护信息及术中超声影像。

患者手术车（Patient Cart）、视频车（Vision Cart）和操控台（Surgeon Console）这三部分都需要单独的电源插座，不能插在一个接线板上。患者手术车上有备用电池，需要24小时不间断供电以保证备用电池始终为满电量状态。

患者手术车和操控台分别用一条蓝色数据光缆线与视频车连接，在这三部分的背后都可以找到通用插口。插入蓝色数据光缆线后，插口上方将有蓝色显示灯亮起，表明连接成功，若亮起红灯，则说明没有完全插入。

视频车下有四个自由滑轮，可以直接推动。患者手术车有两种模式，N挡（手动）和D挡（自动），N挡下可以直接推动手术车，D挡是电动驱动，需要有电源，移动时左手捏住阀门，右手向前或向后转动油门（类似开动摩托车动作），转动幅度越大速度越快。操控台只能侧方向移动，移动时推或拉动两侧的栏杆即可，移动到位后踩下下方的刹车板。

系统用蓝色光缆线连接后，按下任意一个开关键都可启动或关闭系统。关机时，系统会倒数10秒并显示在屏幕上，若10秒内再次按下开关键可取消关机。

当系统未用蓝色光缆线连接时，按下开关键只可以单独启动该开关键所在系统部分。例如单独启动患者手术车可以激活手术车的电驱动功能和移动机械臂；单独启动操控台可以加载虚拟实境模拟器。

镜头线和光源线连接：插入后旋转螺帽拧紧，镜头线和光源线一般始终保持插入状态无需拔出。推荐光源亮度始终调整在100%。

患者手术车位于无菌区，一般视频车置于助手医生对面，操控台的位置要求主刀医生转过头来能看见手术区域及整个手术团队。

达芬奇手术机器人系统缺乏触觉反馈，术者对手术视野内的组织器官没有触觉感知，无法判断血管、肿瘤等组织的弹性、搏动性、硬度、韧性等。在应用机器人手术系统进行处理血管的过程中，手术力度不好掌控，容易过度牵拉撕扯血管外壁导致出血。

达芬奇手术机器人与其他临床使用的微创仪器设备比较，具有术前准备工作繁琐、耗时长以及手术开台时间长的不足，影响手术周转效率、延迟接台手术，甚至造成接台手术改期。

达芬奇机器人系统对电源系统有着严格的要求，手术间必须提供三路独立的电源，分别单独为外科医生控制台、操作臂系统和视频车供电，不允许共用同一路电源，以免相互影响带来风险。达芬奇机器人系统首次使用前必须先对操作臂系统的后备电池充电至少14小时。此后，即使整个系统处于关机状态，操作臂系统也必须一直处于通电状态，以确保电池时刻处于满格状态，以防术中出现紧急情况时有足够电能撤出机械臂系统。

开机过程中，系统会进行自检。这时操作手柄和四个机械臂会有小幅运动，目的是自检以及确认初始位置。由于机械臂会运动，所以开机前必须确保机械臂间不会相互碰撞，以防发生意外。如果发生碰撞，按住臂上的离合按钮调整位置，调整完成后松开离合按钮，系统会继续进行该臂的自检。自检过程中系统检测到有适配器、专用器械等安装在机械臂上时，臂不会运动，所以手术过程中允许重启系统。为安全起见，在条件允许的情况下，最好移除器械后重启。如果操作手柄的运动被阻止，需要用手轻拉，使其继续完成自检过程。自检过程中不允许将头伸入3D手术监视器，也不允许触碰任何功能键及脚踏，否则可能导致系统错误，一旦发生不可恢复性错误，需重启机器。

在开机使用前必须首先正确连接光纤，严禁在开机状态下插拔光纤。此外，所有外设需在系统处于关机状态下连接，并先于机器人系统开机前启动完毕。光纤的最小安全弯折半径为1英寸，严禁打折、碾压、踩踏等。光纤的指示灯有蓝、黄、红三种颜色：蓝色代表完全正常；黄色代表光纤传输率低；红色代表光纤未连接。据此可以判断光纤的工作状态。为保证信号传输效率，需要定期使用压缩气体对光纤进行清洁保养。

芬奇手术机器人的诞生，源于美国航空航天局斯科特·费希尔博士和斯坦福大学整形外科医生约瑟夫·罗森的合作成果。在20世纪80年代中后期，他们设想了“远程呈现手术”(Telepresence Surgery)，即通过将交互式虚拟现实与手术机器人相结合，实现“远程办公”式的手术。这个团队向斯坦福大学研究所的菲尔·格林(Phil Green)博士及其团队展示他们的研究成果，于是该研究所利用这一概念开发了一种远程控制器，用于增强外科手术中神经和血管的吻合度。在美国军队的资助下，由菲尔·格林博士和理查德·斯达瓦博士领导的斯坦福国际研究院(该组织做了熟知的Siri系统的初始研究)的工程师和医生，将这种远程控制器发展成绿色远程呈现系统。

美国军队对这种技术产生浓厚兴趣，因为这个系统使得野战部队可将一名受伤的士兵放在一辆装有手术设备的车辆上，附近的陆军流动外科医院可以通过远程操作手术设备来治疗伤员。陆军为这一领域的几个不同的研究项目提供了资金，其中一个项目是由计算机运动公司开发的，是一种安装在桌上的机器人手臂，由外科手术医生控制，操纵内窥镜摄像机，被称为伊索(Aesop)机器人系统的最佳定位的自动内窥镜系统。伊索机器人系统使得手术中不需要助手手持摄像机，它成为1993年由美国食品及药物监督管理局(美国食品药品监督管理局)批准的第一台手术机器人装置。美国政府及其支持的私人研究在远程操作装置方面所取得的进展，使现代腹腔镜或微创手术成为可能。

1995年，美国直觉外科公司(ISRG)诞生，为了纪念达·芬奇带来的对机器人的启蒙，他的创始人弗雷德里克·H.摩尔(Frederic H.Moll)博士将他们设计的医疗手术机器人系统命名为“达芬奇手术机器人”。1996年4月，直觉外科公司从SRI获得了绿色远程呈现系统授权后，组建了一只工程师团队。

1997年研发出第一版系统，并以“Lenny”（达芬奇的幼名）命名，随后又有“Leonardo”（达芬奇名字）和“Mona”（灵感来自蒙娜丽莎）两代更新版本，最终在1999年推出核心产品：“达芬奇”手术机器人系统（Da Vinci Robot-assisted Surgical System），并于2000年通过美国食品药品监督局（美国食品药品监督管理局）的认证且应用于外科手术治疗，成为全球首台可以在腹腔手术中使用的手术机器人。

2002年12月第二代达芬奇手术机器人（Da Vinci S）诞生，并被FDA批准运用于临床。

2003年，Delaney CP首次报道了机器人辅助手术应用于2例右半放射性肠炎，3例乙状结肠，1例直肠悬吊术。其表示机器人结直肠的手术是安全可行的，但耗时较腹腔镜要高。

2006年，北京的301医院引进并开始使用中国第一台达芬奇手术机器人，并在2007年完成了第一例手术，从此开启了“达芬奇”在华10多年的征程。

2009年，第三代产品达芬奇Si系统机器人（Da Vinci Si）推出，在第二代基础上增加了双控制台、模拟控制器、术中荧光显影技术等功能。

2014年，推出第四代达芬奇Xi系统机器人，其灵活度、精准度、成像清晰度等方面有了显著提高，2014年下半年还开发了远程观察和指导系统。

2012年，达芬奇手术机器人荣列“近50年十项医学伟大发明”，并以其技术先进性、临床应用广泛性登上“2011机器人十大新闻”。

2017年，第五代达芬奇X系统机器人是第三代Da Vinci Si和第四代Da Vinci Xi的混合版，它添加了声音系统、镭射引导系统以及轻量级内窥镜等新功能，机械臂的体积也更小，功能也更多了。

2018年推出第六代达芬奇SP系统机器人，是单孔内窥镜手术机器人，其最大的特点是只有一个机械臂，在通过单孔进入体内后，自动展开为三个连续体操作臂和一个3D高清摄像头，可在狭窄的手术空间内实现可视性控制。

截至2023年，达芬奇机器人仍是唯一被批准用于临床的外科机器人，也是世界上应用最广泛、最成功的手术机器人系统。

鉴于达芬奇手术机器人系统自身存在的缺陷， 如设备体积过于庞大、手术耗时过长、购置和维修成本过于昂贵等，多家单位正在进行各种改良手术机器人的研制和开发，未来手术机器人的成果研制和投入使用，势必会降低机器人手术系统昂贵的购买和维修费用，而未来的手术机器人定将更加微小化、智能化和远程化。

浙商证券券商分析师说：在达芬奇手术机器人国产化进程不断推进之下，随着技术的更新迭代，以及在精度、安全性、灵活性上的明显优势，手术机器人的应用范围有望持续扩大，意味着中国手术机器人市场渗透率仍待提升，商业化壁垒仍待打通。