中国国际医疗器械设计与制造技术展览会(Medtec China)2018

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2018年 9月26日-28日 | 上海世博展览馆

六款会做手术的机器人,一个比一个医术高明

2018-02-01

全球各地的研究人员正开发外科机器人来解决那些通常具有侵入性且耗时的手术。无论是眼部手术或是寻找静脉采血,对医务人员而言可能都是艰巨的任务,但这些操作若由机器人来开展则会变得非常轻松简单,就如机器人达芬奇剥葡萄皮然后再将它们拼接起来那么简单。

MedicalDesign网站近日盘点了6款正在革新手术和医疗保健的外科机器人,包括轻松定位静脉并采血的机器人,以及缝合软组织速度是标准缝合程序50倍的缝合机器人。

1、视网膜手术机器人

牛津大学眼科教授Robert MacLaren和Nuffield医学研究员Thomas Edwards采用一款远程控制的机器人开展了一台眼部手术,提起眼球壁内层厚度仅百分之一毫米且透明的视网膜。

这款机器人是一种机器视网膜解剖器(R2D2),通过一个直径不到1毫米的小孔在眼睛内操作,这个小孔供R2D2在整个手术过程中进出眼睛,不管眼睛转动与否。

就像机械手一样,这款机器人使用7个独立的电脑控制的马达在千分之一毫米尺度内精确移动。眼科医生使用操纵杆和触摸屏来控制机器人,并通过手术显微镜监测手术进展。

盘点六款具备革新的手术外科机器人

 

2、人工耳蜗植入机器人

瑞士伯尔尼大学新闻称,该大学医学院的外科医生和ARTORG生物医学工程研究中心的工程师们发明了一种人工耳蜗植入机器人,这种机器人可以完成外科医生难以手工操作的外科手术。

在开展人工耳蜗植入术时,外科医生通常必须通过头骨在耳后建立一个接入点。然后,一个桥接内耳受损部分以恢复听力的电极通过接入点进入耳蜗,所有这些都是手工完成。

研究人员注意到,采用手术规划软件和机器人钻头可创建出一个直径约2.5毫米的通道,允许直线接入耳蜗。研究者称,这种孔是微创的,并在面部神经和鼓索神经之间留出安全距离用于耳蜗植入。

盘点六款具备革新的手术外科机器人

通过采用3个互锁安全部件,这款机器人钻头可以安全地钻入人耳内,避免对神经和显微结构的损害。ARTORG生物医学工程研究中心成员Stefan Weber表示,机器人依靠多个传感器工作,这些传感器是高精度的光学跟踪系统,一个阻力传感器用于“感知”钻孔过程中的骨骼纹理、一个雷达样神经刺激探头发射小的电脉冲至骨骼,通过这种方式,机器人能计算钻头是否在预定的轨道上。

外科医生随时能够了解机器人钻头在哪儿,并且可以安全地控制钻头。头颈部外科医生Marco Caversaccio表示,我们的研究结果非常鼓舞人心,目前我们已解决了使用机器人进行人工耳蜗植入手术方面的很多挑战。

研究人员表示,这款机器人能够完成外科医生在无机器人辅助下无法完成的手术。他们希望进一步开发出用于向内耳递送药物的机器人。

 

3、采血/输液机器人

VascuLogic公司开发的VenousPro机器人可以在医生的指导下持续采血或输液。这种机器人采用红外线和超声波成像来确定插入针头的最佳位置。医生通过一个直观的触摸屏界面与VenousPro机器人进行互动。通过智能制导系统,针头被插入静脉内的目标部位。

这款机器人对患者和医生都很安全,并且具有人体工程学的臂架、约束带和止血带。通过VenousPro的自动针头处理,医生不再需要接触使用过的针头。VenousPro机器人还能提供快速、平稳置入针头的稳定性,不会出现换管过程中通常会发生的针头超调或针头运动性震颤。

盘点六款具备革新的手术外科机器人

VascuLogic公司还声称,VenousPro机器人还能够为患者带来无痛体验,这是由于该机器人配置有一个超声激活的局部麻醉贴。对于无法忍受看到针头的焦虑患者,VenousPro机器人具有开口装置设计,但针却是隐藏式看不见的。

4、骨科手术机器人Phecda

在北京天智航医疗科技股份有限公司(以下简称“天智航”)开发的骨科手术机器人Phecda(天玑)的帮助下,北京积水潭医院的外科医生们开展了全球首例上颈椎机器人辅助手术。

Phecda是一款具有完全知识产权的骨科手术机器人,为临床手术提供精准解决方案。该系统定位精度达亚毫米级,可广泛应用于脊柱全节段(颈、胸、腰、骶)、骨盆、四肢等部位螺钉内固定术,适应症范围及定位精度处于世界领先水平。尤其对微创术、高风险区域具有明显优势,可有效降低手术风险、减少手术并发症。

Phecda配置有3D高清视觉识别系统,可观察内部骨结构,同时具有一个机械臂引导医疗工具在精度0.8毫米的范围内进行手术操作。

盘点六款具备革新的手术外科机器人

Phecda通过4步计划进行工作。首先,医生获得与Phecda同步的脊柱三维图像;其次,医生根据适应症选择2D或3D模式完成手术规划;之后,机器人精确运动至规划位置,确保手术路径与规划路径一致;最后,机器人开展手术,并实时监测患者移动,自我修正。

5、软组织缝合机器人

来自约翰霍普金斯大学的一项最新研究表明,外科手术机器人可以适应软组织在手术过程中的细微运动,能够精确而连贯地进行缝合操作。

在涉及刚性结构(如骨骼)的手术过程中,机器自动化的应用比较有限,因为这些结构在手术过程中更容易保持静止。但软组织手术涉及更滑的组织部分,难以掌控,导致外科医生必须做出相应的反应,以保持紧密缝合。

约翰霍普金斯大学计算机科学家Simon Leonard和他的团队已经连续公关4年,计划研制出一种能够精确缝合软组织的机械臂。

他们所开发的机器人,能够将2个管状结构缝合在一起,即所谓的吻合。研究人员声称,在结直肠手术过程中,沿接缝发生渗漏几乎占到了手术时间的20%,而在腹部外科手术中则占到了25%-30%。

盘点六款具备革新的手术外科机器人

智能组织自主机器人(STAR)是研究人员用来进行软组织手术的外科机器人系统,它采用了一个3D成像系统和一个近红外传感器,来检测组织边缘的荧光标记,在外科医生的监督下保持缝合针在轨道上运行,但不需要任何动手指导工作。

5位外科医生采用开放式腹腔镜和机器人辅助术完成了同样的手术。研究人员比较了缝合间隔的一致性、造成缝漏的压力、导致针头从组织中取出或重启机器人的错误、以及完成这一过程需要的时间。

研究表明,缝合机器人耗时比开放式机器人辅助手术耗时更长,前者耗时35-57分钟,而开放式机器人辅助手术为8分钟。但缝合机器人在其他所有方面都比外科医生表现要好。

目前,这款缝合机器人系统还没有上市,研究人员认为,该系统并不是要取代外科医生,而是希望能更好地改善患者的预后,并提供更好的外科技术。

 

6、颅骨手术机器人

犹他大学的一项最新研究表明,一种由计算机驱动的颅骨机器人进行钻颅手术的速度是标准方法的50倍。

犹他大学发明了一种机器人钻头,能产生快速、清洁、安全的切口,同时减少切口的开放时间。该机器人将手术时间从2小时缩短至2分钟半。通常,外科医生需要用手钻小心翼翼地钻入颅骨,这增加了手术时间。

犹他大学神经外科医生Couldwell表示,这就像考古,我们不得不慢慢地取出骨头以避开敏感的结构。Couldwell领导的团队开发了这款机器人钻头,所采用的技术是已经存在的技术,但没有被应用于医疗行业。

盘点六款具备革新的手术外科机器人

在钻骨之前,患者首先要接受CT扫描,采集颅骨的骨数据并定位诸如神经和主要静脉和动脉等敏感结构。从CT扫描得到的信息被用来对钻头的切削路径进行编程。外科医生可以从不同的点选择最佳路径,并可以在任何结构的1毫米内的切割路径中设置安全屏障。然后,钻头以精确而快速的方式,将大部分骨头像粉碎机一样移除。该款机器人钻头也有一个紧急关闭开关,如果面部神经显示出任何刺激的迹象,可使机器人立即关闭。

目前,研究人员正在考虑将这款机器人钻头进行商业化,应用于颅骨外科手术。

来源:医疗电子