電子發(fā)燒友App
機(jī)器人，總是一個(gè)能夠帶來話題討論的熱點(diǎn)。從可愛的兒童機(jī)器人到實(shí)用的家庭掃地機(jī)器人，日常生活中我們能夠常?？吹?。但你了解醫(yī)療電子方面的手術(shù)機(jī)器人嗎？你知道手術(shù)機(jī)器人已經(jīng)可用于成人和兒童的普通外科、心胸外科、頭頸外科、泌尿外科、婦科和腹部外科嗎？
根據(jù)數(shù)據(jù)顯示， 2014年，手術(shù)機(jī)器占全球醫(yī)療機(jī)器人份額60%以上，占比最重。在美國，2007至2013年間有 170萬名病人進(jìn)行了機(jī)器人手術(shù)。國外知名的外科手術(shù)機(jī)器人包括達(dá)芬奇、 宙斯及伊索機(jī)器人，國內(nèi)手術(shù)機(jī)器人有黎元、 妙手 A 、妙手 S等。
美國直覺外科機(jī)器人公司，可以稱的上是目前全球最先進(jìn)的醫(yī)療機(jī)器人的生產(chǎn)商，估值約200億美元。他家的主要產(chǎn)品就是達(dá)芬奇機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)。本文來拆解達(dá)芬奇機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)，看看它里面有什么技術(shù)。
達(dá)芬奇機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)是建立在MIT（美國麻省理工學(xué)院）研發(fā)的機(jī)器人外科手術(shù)的技術(shù)基礎(chǔ)上，經(jīng)過逐步開發(fā)而成為當(dāng)今最先進(jìn)的微創(chuàng)外科治療平臺(tái)，達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人的正式名稱為“內(nèi)窺鏡手術(shù)器械控制系統(tǒng)”。
達(dá)芬奇機(jī)器人2000年通過美國FDA認(rèn)證，批準(zhǔn)其投入使用，這是目前最先進(jìn)的機(jī)器人手術(shù)輔助系統(tǒng)。
●被專利籠罩的達(dá)芬奇機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)
直覺外科機(jī)器人公司之所以能成為腔手術(shù)輔助醫(yī)療機(jī)器人的領(lǐng)軍企業(yè)，這家公司十分注重技術(shù)專利保護(hù)。
達(dá)芬奇系統(tǒng)申請的專利主要集中于以下方面：
●手機(jī)械臂設(shè)計(jì)技術(shù)
●微小手術(shù)器械設(shè)計(jì)
●主從控制策略
●三維立體視覺
●人機(jī)工效學(xué)
據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，達(dá)芬奇系統(tǒng)申請相關(guān)專利高達(dá)700余項(xiàng)，幾乎覆蓋了外科手術(shù)機(jī)器人的全部技術(shù)保護(hù)點(diǎn)，這也奠定了直覺外科機(jī)器人公司穩(wěn)固的壟斷地位。
下面具體說一說達(dá)芬奇機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)的具體構(gòu)造。
上圖是醫(yī)生借助手術(shù)機(jī)器人在實(shí)施手術(shù)的過程，其工作原理是通過無線操作進(jìn)行的外科手術(shù)，即醫(yī)生坐在電腦顯示屏前，通過顯示屏和內(nèi)窺鏡仔細(xì)觀察病人體內(nèi)的病灶情況，然后通過機(jī)器人手中的手術(shù)刀將病灶精確切除（或修復(fù)）。
●達(dá)芬奇機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
它主要由三個(gè)部分組成 ：一是醫(yī)生控制系統(tǒng)，即主刀醫(yī)生操作控制臺(tái)；二是機(jī)械臂系統(tǒng)；三是高性能的視覺系統(tǒng)。
●醫(yī)生控制系統(tǒng)（控制臺(tái)系統(tǒng)）
圖1醫(yī)生操作控制臺(tái)
如圖1，是醫(yī)生操作控制臺(tái)，主要由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、監(jiān)視器、三維圖像觀察器、操作手柄、腳踏板及輸出設(shè)備等組成。該操作臺(tái)是達(dá)芬奇系統(tǒng)的控制核心。
下面以達(dá)芬奇Si系統(tǒng)為例，如圖2，為達(dá)芬奇Si控制臺(tái)系統(tǒng)。
圖2 達(dá)芬奇Si控制臺(tái)系統(tǒng)
主刀醫(yī)生坐在控制臺(tái)前，通過雙手控制兩個(gè)主控制器及用腳控制腳踏板，來控制器械和三維高清內(nèi)窺鏡，通過觀看控制臺(tái)上的三維手術(shù)監(jiān)視器來完成操作。
監(jiān)視器與高清3D腹腔鏡攝像頭相連，實(shí)時(shí)將術(shù)中影像轉(zhuǎn)化為高清三維影像， 同時(shí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通過數(shù)碼變焦可將手術(shù)影像精確放大 6~10倍，利于精細(xì)操作完成。
●機(jī)械臂系統(tǒng)
機(jī)械臂系統(tǒng)包括機(jī)械臂、攝像臂以及手術(shù)器械組成的移動(dòng)平臺(tái)。它一般包括2~3只工作臂及 1只持鏡臂。如下圖3，是達(dá)芬奇Si臂系統(tǒng)。
圖3 達(dá)芬奇Si臂系統(tǒng)
達(dá)芬奇Si臂系統(tǒng)具有三個(gè)機(jī)械臂，固定在可移動(dòng)基座上面，底座通過線纜和高可靠性航空插頭與控制臺(tái)相連。
在上圖3中，可以清晰地看到中心機(jī)械臂是持鏡臂，主要負(fù)責(zé)握持?jǐn)z像機(jī)系統(tǒng)。在傳統(tǒng)腹腔鏡手術(shù)中，可能出現(xiàn)持鏡助手疲勞，手部出現(xiàn)抖動(dòng)導(dǎo)致視野不穩(wěn)定情況，而持鏡臂提供更加穩(wěn)定的圖像。其余機(jī)械臂是持械臂，負(fù)責(zé)握持特制外科手術(shù)器械。
圖4 達(dá)芬奇Si臂系統(tǒng)助力推車
如圖4，它是達(dá)芬奇Si臂系統(tǒng)助力推車。臂系統(tǒng)的整車依靠腳輪支撐，腳輪具有自鎖能力，也可以實(shí)現(xiàn)手工移動(dòng)。當(dāng)沒有外部動(dòng)力源下，助力裝置可提供5分鐘左右的動(dòng)力支持。
●視覺系統(tǒng)
圖5 視覺系統(tǒng)
達(dá)芬奇機(jī)器人視覺系統(tǒng)主要由三維內(nèi)窺鏡、攝像機(jī)及處理器、觀察系統(tǒng)組成，內(nèi)窺鏡照明采用高質(zhì)量冷光源，該視覺系統(tǒng)是3D高清影像系統(tǒng)，可將手術(shù)部位放大 6~10倍，利于精細(xì)操作?？梢詾獒t(yī)生提供真實(shí)的視野，操作簡便易學(xué)，可以極大地提高手術(shù)效率。
主要核心技術(shù)包括：
●3D高清影像系統(tǒng)
在上面視覺系統(tǒng)中已經(jīng)提及，它可將手術(shù)部位放大 6~10倍，利于精細(xì)操作?？梢詾獒t(yī)生提供真實(shí)的視野，操作簡便易學(xué)，可以極大地提高手術(shù)效率。
●達(dá)芬奇 Endo Wrist 仿真機(jī)械手
圖6 達(dá)芬奇 Endo Wrist 機(jī)械手
如圖6，它是達(dá)芬奇 Endo Wrist 仿真機(jī)械手，可模擬人手實(shí)現(xiàn)各種操作，非常便捷。 其動(dòng)作自由度高達(dá)7度，包括臂關(guān)節(jié)上下、前后、左右運(yùn)動(dòng)與機(jī)械手的左右、旋轉(zhuǎn)、開合、末端關(guān)節(jié)彎曲共 7種動(dòng)作，可實(shí)現(xiàn)沿垂直軸 360°和水平軸 270°旋轉(zhuǎn)，且每個(gè)關(guān)節(jié)活動(dòng)度均大于90°。
●Intuitive 直覺運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)
Intuitive 是達(dá)芬奇機(jī)器人獨(dú)有的計(jì)算機(jī)輔助控制技術(shù)?？梢詫?shí)現(xiàn)眼-手協(xié)調(diào)、手-機(jī)械手端實(shí)時(shí)同步， 醫(yī)生可以憑借本能進(jìn)行直覺式的操控機(jī)械手端。
下面表1比較了傳統(tǒng)開發(fā)手術(shù)、腹腔鏡手術(shù)、達(dá)芬奇機(jī)器人手術(shù)的不同技術(shù)特點(diǎn)，可以詳盡地了解到達(dá)芬奇機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)優(yōu)勢。
表1 外科手術(shù)技術(shù)特點(diǎn)的比較
達(dá)芬奇系統(tǒng)目前已經(jīng)生產(chǎn)到第四代產(chǎn)品，于2014年被美國FDA批準(zhǔn)投入使用。目前市場上普遍應(yīng)用的仍然是第三代產(chǎn)品達(dá)芬奇Si系統(tǒng)。
圖7 第四代達(dá)芬奇系統(tǒng)示意圖
下面比較一下前三代產(chǎn)品的核心技術(shù)以及進(jìn)行了哪部分的技術(shù)升級。見下表2 達(dá)芬奇系統(tǒng)三代產(chǎn)品核心技術(shù)及技術(shù)升級。
表2 達(dá)芬奇系統(tǒng)三代產(chǎn)品核心技術(shù)及技術(shù)升級
工商網(wǎng)監(jiān)
評論