外科手術機器人

外科手術機器人是一種集諸多學科為一體的新型醫療器械，是當前醫療器械信息化、程控化、智慧型化的一個重要發展方向，在臨床微創手術以及戰地救護、地震海嘯救災等方面有著廣泛的套用前景。

基本介紹

• 中文名：外科手術機器人
• 外文名：Surgical operation robots
• 管理類別：Ⅲ類醫療器械
• 分類名稱：手術及急救裝置

定義

外科手術機器人是集臨床醫學、生物力學、機械學、材料學、計算機科學、微電子學、機電一體化等諸多學科為一體的新型醫療器械。

發展歷史

自上世紀90年代起，機器人輔助微創外科手術逐漸成為一個顯著的發展趨勢。以AESOP、ZUES和Da Vinic（達文西）系統為代表的外科手術機器人系統在臨床上的成功套用引起了國內外醫學界、科技界極大的興趣。當時，以達文西為代表的微創手術機器人逐漸成為國際機器人領域的前沿和研究熱點。其系統融合諸多新興學科，實現了外科手術微創化、智慧型化和數位化。截止2010年，達文西微創手術機器人已是在全世界廣泛套用，手術種類涵蓋泌尿科、婦產科、心臟外科、胸外科、肝膽外科、胃腸外科、耳鼻喉科等學科。

分類及其基本構造

1. 達文西機器人微創外科手術系統(Da Vinci)。達文西機器人微創外科手術系統是世界範圍套用廣泛的一種智慧型化手術平台，2000年獲得美國食品與藥品監督管理局(FDA)批准，成為進入臨床外科的智慧型內窺鏡微創手術系統。主要由控制台系統、操作臂系統和成像系統組成。

外科手術機器人示意圖

2. 宙斯機器人手術系統(Zeus)。宙斯機器人手術系統是由美籍華裔王友侖先生於1998年在美國摩星有限公司研發成功。主要由伊索(Aesop)聲控內窺鏡定位器、赫米斯(Hermes)聲控中心、宙斯(Zeus)機器人手術系統(左右機械臂、術者操作控制台、視訊控制台)、蘇格拉底(Socrates)遠程合作系統這幾部分組成。

3. 伊索聲控機器人手術輔助系統(Aesop)。伊索聲控機器人手術輔助系統Aesop 1000也是由王友侖先生所在的美國摩星公司於1994年10月研發成功，1996年11月第二代Aesop 2000研發成功。在中國各大醫院仍在使用的多為第四代Aesop3000，重約17公斤。主要由機械手掌、機械臂、機械軀體和電腦語音識別系統幾部分組成。

使用方法

外科醫生站在控制台邊，離手術台幾十厘米遠，透過探視鏡向里看，來研究病人體內的照相機傳送的3-D圖像。圖像顯示的是手術點以及兩個固定在上述兩根桿端點上的手術儀器。像操縱桿一樣的控制手柄，位於螢幕的正下方，外科醫生用來操作手術儀器。每次操縱桿移動時，計算機就向儀器傳送電子信號，儀器就和外科醫生的手同步移動。

手術操作示意圖

優缺點

1. 與傳統電視腹腔鏡手術系統相比，手術機器人系統具有如下明顯的優點：

• 提供主刀醫生高清晰、立體的手術視野，符合人類工程學，讓醫生可以清晰準確地進行組織定位和器械操作。
• 仿真手腕手術器械可以模擬人的手指的靈活度，同時消除不必要的顫動，所以手術器械完全達到人手的靈活度和準確度，可以進行人手不能觸及的狹小空間的精細手術操作。
• 減少了主刀醫生和其他手術團隊成員的配合，更容易實現主刀醫生的意圖。
• 主刀醫生採取坐姿進行系統操作，舒適的坐勢有利於長時間複雜的手術。
• 減少麻醉需求量、感染風險、失血量或輸血必要、創傷和疤痕等。對於大多數手術而言，病人康復時間大幅縮短，可快速恢復日常作息。

2. 手術機器人的不足之處：

• 手術機器人觸覺反饋還不完善，容易扯破易碎組織，也不能感覺打結的鬆緊度，操作者只能通過螢幕觀察組織在力的作用下的變形程度，來判斷力的大小；或者事先設定器械末端的應力，以防用力過大。
• 整套設備的體積過於龐大，安裝、調試比較複雜，需要專用的手術室；
• 系統的技術複雜，在使用過程中可能發生各種機械故障，如半路當機等，處置難度大，常中途改成常規手術完成。
• 系統的學習時間較長，還不夠擬人化，醫師與系統的配合需要長時間的磨合。
• 手術前的準備及手術中更換器械等操作耗時較長。
• 設備購置費用高。
• 手術機器人手術比常規手術的成本明顯增加。
• 手術機器人還要定期預防性維修，維護成本巨大。

使用注意事項

以達文西Si手術機器人系統為例

1. 電源系統。達文西機器人系統對電源系統有著嚴格的要求，手術間必須獨立的給各個系統提供電源，不允許共用同一路電源，以免相互影響帶來風險。首次使用前必須先對操作臂系統的後備電池充電至少14小時，即使整個系統處於關機狀態，操作臂系統也必須一直處於通電狀態，以確保電池時刻處於滿格狀態，以防術中出現緊急情況時有足夠電能撤出機械臂系統。

2. 開機自檢。開機過程中，系統會進行自檢。這時操作手柄和四個機械臂會有小幅運動，目的是自檢以及確認初始位置。由於機械臂會運動，所以開機前必須確保機械臂間不會相互碰撞，以防發生意外。

3. 光纖使用注意事項。在開機使用前必須首先正確連線光纖，嚴禁在開機狀態下插拔光纖。光纖的最小安全彎折半徑為1英寸，嚴禁打折、碾壓、踩踏等。為保證信號傳輸效率，需要定期使用壓縮氣體對光纖進行清潔保養。

常見故障及其處理

以達文西Si手術機器人系統為例

1. 無法正常開機啟動。當達文西機器人系統無法正常開機啟動時，首先確認電源插座有輸出，然後檢查機器人系統各部件交流電源是否連線正常，6個斷路器是否均處於閉合狀態，位於操作臂系統的緊急斷電鍵是否處於閉合狀態。經過上述步驟後，確認電源系統各部件正常，仍然無法啟動，需要進行斷電重置。

2. 術中機器人系統出現的報錯分為兩種：可恢復故障和不可恢復故障。

1) 出現可恢復故障時，機械臂上的LED將會亮起黃燈並伴隨有聲音報警，觸控螢幕上會顯示報警代碼和提示信息，需要根據提示做相應處理，如檢查電源連線。

2) 如果錯誤是不可恢復故障，機械臂上的LED將會亮起紅燈並伴隨有聲音報警，觸控螢幕上會顯示報警代碼和提示信息，系統必須重新啟動才能恢復正常[5]。