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手術機器人賦予醫生“超能力”

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在兩三厘米見方的人體空間內,機械臂可以如繡花般精細操作。如今,手術機器人正在讓很多原本無法想象的手術場景變為現實。其中,達芬奇外科手術機器人系統(以下簡稱“達芬奇手術機器人”)更是代表了該領域的尖端水平。

自2006年國內引進首臺達芬奇手術機器人以來,國內已累計開展了4萬多例機器人手術,涵蓋了泌尿外科、肝膽胰外科、胃腸外科、婦產科等多種手術。2月26日,國內首家達芬奇手術機器人基礎培訓基地在上海啟用,為國內外醫生提供國際化的培訓服務。未來,達芬奇手術機器人的應用將更為廣闊。

手術機器人究竟有何神奇之處?達芬奇手術機器人為何能多年來獨占鰲頭呢?

更明亮的“眼睛”和更靈活的“手”

早在去年,一段視頻就曾火遍網絡。視頻顯示在一個小小的玻璃瓶內,一顆葡萄在接受機器人做的皮膚縫合“手術”,這臺機器人就是達芬奇手術機器人。葡萄皮的長度不到2.5厘米,厚度不到1毫米,并且非常脆弱。在達芬奇手術機器人縫完最后一針后,這顆葡萄基本上保持完美狀態。整個手術過程快速而精準,讓不少人對達芬奇手術機器人拍手稱奇。但其實,對于醫療界來說,它已經不算新鮮事物。

以達芬奇系統為代表的手術機器人,是醫用機器人中的一種。

“醫用機器人是個很大的概念,根據國際標準術語,只要是在潛在能力上能用于醫療領域的機器人或者機器人化裝備,都可以叫作醫用機器人。”哈爾濱工業大學機器人研究所副所長杜志江介紹說,醫用機器人可以分為手術機器人、康復機器人、醫用服務機器人(即把服務機器人用于醫療領域)和機器人化的醫療裝備。

在杜志江看來,醫用機器人的作用不僅要能輔助醫生工作,擴展醫生的能力,不斷提高智能水平,同時要具有安全、有效的醫用性,否則就不可能走向臨床,同時要有靈活、柔性的臨床適用性和良好的交互性,以達到醫生、患者、機器之間和諧共存的狀態。

不可否認,手術機器人的出現是得益于外科領域對微創手術追求的大背景。“與傳統的開放式手術相比,腹腔鏡手術具有諸多優點,現在也已經普遍開展了。但腹腔鏡手術器械操作對醫生技能要求非常高。同時,醫生長時間做手術會導致疲勞、手部顫抖,影響手術精度和質量。腹腔鏡手術器械的自由度也仍受限。于是,為了進一步提升微創手術的水平,手術機器人就應運而生了。”杜志江介紹說,手術機器人有幾大優勢,一是具有多自由度的手術器械,使得手術更加靈巧;二是能提供給醫生放大的三維影像,讓手術做得更加精細;三是改變了此前手術的模式,原來是醫生站在患者旁邊手術,現在是坐在控制臺前手術,緩解了醫生的疲勞度;四是可以實現遠程手術,我們可以把機器人放在偏遠地區,由醫生遠程操控,使更多患者享受到高端器械的福利。

為何獨占鰲頭

全世界對手術機器人的探索在20世紀80年代就開始了。1985年,美國研究者就嘗試用工業機器人輔助進行腦組織活檢,這也是手術機器人的雛形。此后的上世紀80年代末90年代初,誕生了專門用于手術的外科機器,較有代表性的是RoboDoc外科手術機器人。1994年,美國Computer Motion公司研制的伊索(Aesop)持鏡機器人,實現了比人更精確、一致的鏡頭運動,邁出了機器人微創手術系統研發的關鍵一步,但它還不能獨自執行指令進行手術操作,只是一只“扶鏡”的電子機械手。1996年,Computer Motion又研發出宙斯(Zeus)機器人外科手術系統,嘗試用于微創手術。

1999年,美國Intuitive Surgical公司發布了達芬奇外科手術機器人,從此為手術機器人研發和應用打開了一個新局面。達芬奇手術機器人由外科醫生控制臺、床旁機械臂系統和成像系統三部分組成。與人手相比,它的仿真手腕器械有7個自由度,更加靈活、精確,還可以自動濾除震顫,比人手更穩定。此外,它的成像技術更加逼真,裸眼3D立體高清圖像可以將圖像放大10倍。自發布后,達芬奇手術機器人便一發不可收拾,迅速應用到世界各地,幾乎壟斷了全球的手術機器人市場,并一直延續至今。

2000年,達芬奇手術機器人被美國藥監局正式批準投入使用認證,成為全球首套可以在腹腔手術中使用的手術機器人。301醫院在2006年底引進了中國大陸第一臺達芬奇手術機器人,并在2007年完成了第一例手術。2014年,達芬奇手術機器人更新了第四代系統。

在杜志江看來,達芬奇手術機器人之所以能夠獨占鰲頭,其對工程技術與醫療需求緊密結合的重視功不可沒。“我去Intuitive Surgical公司參觀時就看到,公司的工程技術人員每天的重要工作之一就是與醫生充分交流,使機器人最大程度滿足醫生的需要。”杜志江總結說,“達芬奇手術機器人有多條機械臂,用多臂協調的方式完成手術;它對人體切口位置的要求放寬了,在手術過程中,機械臂要從人身體的切口進入,如果切口要求太過嚴格,有些術式就不好操作了;此外,達芬奇手術機器人便于快捷擺位,減少了手術的準備時間。特別是當手術過程中發生意外要從微創手術轉為開放式手術時,就需要把手術機器人的器械在非常短的時間內撤除;達芬奇手術機器人的接口統一,減少了手術更換器械的時間;另外,它還可以按術式主動預設,不斷提高機器人的智能水平。這些年來,達芬奇手術機器人的研發一直在沿著這些方向往前走。”

醫工結合是重點

上世紀90年代,國內開始涉獵手術機器人的研究。典型的系統如北京航空航天大學和海軍總醫院聯合研制的腦外科手術機器人、北京航空航天大學研制的骨科手術機器人,都獲得了國家食品藥品監督管理總局的認證。

此外,哈爾濱工業大學在腹腔鏡、骨科、介入手術等領域開展了研究,中國科學院自動化研究所等在血管介入、骨科等領域開展研究,天津大學在腹腔鏡、顯微外科等領域開展研究,北京理工大學在軟組織穿刺、顱頜面外科等領域開展研究,復旦大學、浙江大學等也都在醫用機器人方面開展了研究,并取得了成果。

杜志江認為,要做好手術機器人的研發,首先必須要注重醫工結合。“醫生要把手術操作流程、對手術機器人的使用需求和醫療應用禁忌講清楚,可以海闊天空地提出一些主觀性的內容。工程技術人員則需要傾聽、理解,確定設計輸入,規劃實現方式,然后用工學語言表達出來,拿出樣機后再跟醫生進行反復交流。醫生與工程技術人員一定要互動,這種互動可能是長期的。”

在杜志江看來,當前醫用機器人發展擁有良好的前景。當下,醫用機器人的全球市場正在持續高速增長,國內也陸續出臺了多個戰略規劃和支持政策促進機器人產業的健康和快速發展,包括《中國制造2025》《機器人產業發展規劃(2016—2020年)》等,其中醫用機器人是重要的一部分。“作為機器人的一種,手術機器人在機構、傳感、控制、交互、互聯網等技術方面都有著無限的創新空間。”杜志江表示。

與此同時,手術機器人發展也面臨著來自技術、人才、資本、市場、政策等方面的挑戰。“手術機器人是高度技術密集型機器人系統,技術門檻高,需要機器人、醫療器械、醫學等各方面的人才,尤其是跨界的復合型人才。手術機器人的研發周期也較長,一般要6~10年,投資大,風險大,需要持續性投入。”杜志江說,“要想在手術機器人研發領域取得突出進展,就要建立‘政—產—學—研—醫’結合的長效機制,形成政府引導、資本支持、企業努力、研發團隊爭氣、醫生敢想敢試的局面,打通研發、注冊、生產、銷售的鏈條。這還需要多方共同努力。”

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責任編輯: 閆月

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