外科手術機器人

　　簡介

　　雖然說手術機器人比人手有一些優(yōu)點，但是要用自動化的機器人在沒有人參與的情況下對人體進行手術，還有很長的一段路要走。但是，隨著計算機能力和人工智能的發(fā)展，在本世紀將會設計出一種機器人，可以找出人體中的異常，進行分析并校正這些異常而不需要任何人指導。

　　組成部件

　　之所以將機器人引入醫(yī)療，是因為在微創(chuàng)手術中，它們可以實現(xiàn)對外科儀器前所未有的精準控制。目前為止，這些機器已經(jīng)用來定位內窺鏡、進行膽囊手術以及胃灼熱和胃食管反流的矯治。機器人手術領域的最終目標是設計一種機器人，可以用來進行不開胸口的心臟手術。某制造商表示，僅在美國，機器人設備每年可以用于超過350萬個醫(yī)療手術中。

　　1、達芬奇手術系統(tǒng)

　　2、ZEUS機器人手術系統(tǒng)

　　3、AESOP機器人系統(tǒng)

　　2000年7月11日，美國食品和藥物管理局（FDA）批準了達芬奇手術系統(tǒng)，使其成為美國第一個可在手術室使用的機器人系統(tǒng)。由IntuitiveSurgical公司開發(fā)達芬奇系統(tǒng)使用的技術使外科醫(yī)生可以到達肉眼看不到的外科手術點，這樣他們就可以比傳統(tǒng)的外科手術更精確地進行工作。價值1百萬美元的達芬奇系統(tǒng)由兩個主要部件組成：

　　1、外科醫(yī)生控制臺：主刀醫(yī)生坐在控制臺中，位于手術室無菌區(qū)之外，使用雙手(通過操作兩個主控制器)及腳(通過腳踏板)來控制器械和一個三維高清內窺鏡。正如在立體目鏡中看到的那樣，手術器械尖端與外科醫(yī)生的雙手同步運動。

　　2、床旁機械臂系統(tǒng)：床旁機械臂系統(tǒng)(PatientCart)是外科手術機器人的操作部件，其主要功能是為器械臂和攝像臂提供支撐。助手醫(yī)生在無菌區(qū)內的床旁機械臂系統(tǒng)邊工作，負責更換器械和內窺鏡，協(xié)助主刀醫(yī)生完成手術。為了確保患者安全，助手醫(yī)生比主刀醫(yī)生對于床旁機械臂系統(tǒng)的運動具有更高優(yōu)先控制權。

　　3、成像系統(tǒng)：成像系統(tǒng)(VideoCart)內裝有外科手術機器人的核心處理器以及圖象處理設備，在手術過程中位于無菌區(qū)外，可由巡回護士操作，并可放置各類輔助手術設備。外科手術機器人的內窺鏡為高分辨率三維(3D)鏡頭，對手術視野具有10倍以上的放大倍數(shù)，能為主刀醫(yī)生帶來患者體腔內三維立體高清影像，使主刀醫(yī)生較普通腹腔鏡手術更能把握操作距離，更能辨認解剖結構，提升了手術精確度。

　　操作方法

　　外科醫(yī)生站在控制臺邊，離手術臺幾十厘米遠，透過探視鏡向里看，來研究病人體內的照相機發(fā)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，位于屏幕的正下方，外科醫(yī)生用來操作手術儀器。每次操縱桿移動時，計算機就向儀器發(fā)送電子信號，儀器就和外科醫(yī)生的手同步移動。

　　另一個即將被FDA批準的機器人系統(tǒng)是ZEUS系統(tǒng)，由ComputerMotion公司制作，在歐洲已經(jīng)可以使用。但是，無論是達芬奇系統(tǒng)還是ZEUS系統(tǒng)，用來進行手術計劃的每一道程序都必須得到政府部門的批準。價值75萬美元的ZEUS系統(tǒng)與達芬奇的裝置類似。它有一個計算機工作站、一個視頻顯示器和控制手柄，用于移動手術臺上安裝的手術儀器。ZEUS系統(tǒng)目前在美國只被批準用于醫(yī)療試驗，而德國醫(yī)生已經(jīng)使用此系統(tǒng)進行了冠心病搭橋手術。

　　ZEUS系統(tǒng)得到了自動化內窺鏡定位（AESOP）機器人系統(tǒng)的協(xié)助。由ComputerMotion公司于1994年發(fā)布的AESOP是FDA批準使用的第一臺可以用于手術室協(xié)助手術的機器人。AESOP比達芬奇系統(tǒng)和ZEUS系統(tǒng)要簡單得多。AESOP基本上只是一個機械臂，用于醫(yī)生定位內窺鏡——一種插入病人體內的外科照相機。腳踏板或聲音軟件用于醫(yī)生定位照相機，這就讓醫(yī)生的手空出來繼續(xù)進行手術。

　　加拿大卡爾加利大學日前宣布，該校外科專家加內特·薩瑟蘭德博士帶領的研究小組與研制航天飛機機械手的MDA公司合作，研制出名為“神經(jīng)臂”的外科手術機器人系統(tǒng)。有關專家認為，該系統(tǒng)將為外科手術帶來變革，從而使顯微手術產(chǎn)生革命性的突破。

　　未來研究

　　外科手術特別是神經(jīng)外科手術，受到人手準確性的限制。發(fā)展于上世紀60年代的顯微外科技術，使外科醫(yī)生超越了人手精準、靈活和持久的極限，而“神經(jīng)臂”系統(tǒng)則又極大地提高了外科手術的精準率，使外科手術水平從器官級發(fā)展到細胞級。利用該系統(tǒng)，外科醫(yī)生可通過操縱計算機工作站，使“神經(jīng)臂”與核磁共振圖像儀協(xié)同作戰(zhàn)，從而在顯微尺度下使用器械從事微細手術。

　　據(jù)研究人員介紹，“神經(jīng)臂”需要與具有強磁場的核磁共振成像儀一起運行，它的開發(fā)是由包括醫(yī)療、物理、電子、軟件、光學和機械工程師等的合作進行的。項目啟動時，MDA公司的工程人員與卡爾加里大學外科醫(yī)生一起，確定了設計“神經(jīng)臂”機器人的技術需求。由于醫(yī)生和工程人員僅擅長于各自的專業(yè)，難以溝通，把外科術語翻成技術詞匯面臨很大的挑戰(zhàn)。目前薩瑟蘭德博士的研究小組正與卡爾加里衛(wèi)生局、卡大醫(yī)療教育的教師合作開展一個培訓項目，對將使用“神經(jīng)臂”系統(tǒng)的外科醫(yī)生進行培訓。

　　薩瑟蘭德博士表示，他們不僅要研制“神經(jīng)臂”機器人，還要為其設計一套醫(yī)療機器人教學大綱。他們希望這一新技術能夠在世界范圍得到應用。為實現(xiàn)這一目標，他準備更多地向學生和年輕專家宣傳該技術，因為他們更推崇新技術，也是臨床新技術應用的中堅力量。

　　前景展望

　　在現(xiàn)在的手術室，一般會有兩到三名外科醫(yī)生，一名麻醉師和幾名護士，即使是最簡單的手術也需要這么多人。大多數(shù)外科手術需要將近十來個人在手術室。手術機器人全部都是自動化的，這會最大限度地減少操作人員。展望一下未來，外科手術可能只需要一名外科醫(yī)生、一名麻醉師以及一到兩名護士。在這個寬敞的手術室中，醫(yī)生坐在手術室內或手術室外的計算機控制臺前，使用手術機器人來完成以前需要很多人才能完成的手術。

　　使用計算機控制臺從稍遠的地方進行手術開創(chuàng)了遠程手術的概念，就是讓醫(yī)生從離病人很遠的地方來進行精密的手術。如果醫(yī)生不用站在病人的身旁進行手術，而是在離病人幾十厘米遠的計算機臺旁遠程控制機器人手臂，那么下一步將是從離得更遠的位置來進行手術。如果可以使用計算機控制臺來實時移動機器人手臂，則在加利福尼亞的醫(yī)生就可以對身在紐約的病人進行手術。遠程手術的主要障礙就是醫(yī)生手的移動和機器人手臂做出的反應之間的時間延遲。當前，醫(yī)生必須與病人同在一室，以便機器人系統(tǒng)可以根據(jù)醫(yī)生手的移動快速做出反應。

　　手術室中人員的減少以及醫(yī)生可以遠距離對病人進行手術減少了醫(yī)療保健的費用。除了成本效益高之外，機器人手術還有比傳統(tǒng)手術更優(yōu)越之處，包括更加精確以及減少病人創(chuàng)傷。例如，心臟搭橋手術現(xiàn)在需要在病人的胸口“切開”一個30.48厘米長的切口。而如果使用達芬奇或ZEUS系統(tǒng)，可能是在胸口處做三個切口來進行心臟手術，每個切口直徑僅有1厘米。因為外科醫(yī)生做手術時切口非常小，而不是沿著胸口向下的很長的一個刀口，病人受的痛苦也會少一些、流血也會減少，恢復的就快一些。

　　機器人還使醫(yī)生在長達幾個小時的手術過程中節(jié)省了體力。外科醫(yī)生在如此長的手術過程中會很疲憊，結果可能手會顫動。即使最穩(wěn)定的人手也比不上手術機器人的手臂。達芬奇系統(tǒng)經(jīng)過程序設定可對手的顫動這個缺點進行補償，因此如果醫(yī)生的手顫動，計算機會忽略此顫動，使機械臂保持穩(wěn)定。

　　達芬奇手術機器人治療疾病的優(yōu)勢：

　　一、達芬奇手術機器人擁有三維影像技術，可以向術者提供高清晰的三維影像，突破了人眼的極限，并且能夠將手術部位放大10-15倍，使手術的效果更加精準。

　　二、達芬奇手術機器人的機器手臂非常靈活，而且具有無法比擬的穩(wěn)定性及精確度，能夠完成各類高難度的精細手術。

　　三、達芬奇手術機器人治療疾病創(chuàng)傷非常小，不需要開腹，手術創(chuàng)口僅在1厘米左右，大大減少了患者的失血量及術后疼痛，住院時間也明顯縮短，有利于術后的康復。