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新京報:有“手眼腦”的手術機器人如何研發?國家技術發明獎獲獎人解答
發布時間:2021-11-05    

新京報快訊(記者 張璐)國家科學技術獎勵大會11月3日舉行,天津大學“腹腔微創手術機器人與器械關鍵技術及應用”獲得國家技術發明獎二等獎。手術機器人有何優勢?研發上突破了哪些難題?對此,天津大學機械工程學院副教授李進華接受新京報記者采訪。

20年前就開始探索手術機器人基礎原理

手術機器人是先進醫療裝備的典型代表,是機械工程領域前沿研究熱點和難點之一。李進華說,天津大學團隊研發的“妙手”腹腔微創手術機器人,是國內首個獲得產品注冊證的腹腔微創手術機器人,具有完全自主知識產權,可延伸醫生的手術能力,并實現了遠程手術示范應用。

“近幾年,國內漸漸認識到微創手術機器人的價值,但早在2000年,團隊負責人就已經開始了微創手術機器人基礎原理的探索工作。”回顧研發歷程時,李進華稱,團隊在2010年完成了國內第一臺微創機器人的樣機,2014年進行了國內首例臨床試驗,2018年完成了國內首個多學科的臨床實驗。作為醫生的幫手,該機器人在2018年便完成了肺癌根治、胃癌根治、肝癌根治、腎部分切除、胰體尾切除、超低位直腸癌根治、子宮切除等復雜手術。

縮放醫生動作,實現精準操作

以往手術在腹部開刀,給患者帶來一定的心理壓力。微創手術在肚子上打幾個小孔,細長的手術器械通過小孔深入腹部完成手術,小切口完成大手術,患者出血少,創傷小、恢復快、不僅術后疤痕少,感染率也大大降低。

“醫生手持手術器械操作時,手術器械是一根細長桿兒帶著一個鑷子,由于手術器械末端沒有關節,操作起來不靈活。腹部切口相當于一個支點,醫生需要反向操作,往上動時手得往下走,所以培訓周期特別長。”李進華說,手術機器人克服了這些缺點,通過控制系統還原了醫生的手部動作。

同時,手術機器人可以實現比例縮放,例如做心臟手術等特別精細的手術時,機器人可以把人手的動作縮放,比如醫生通過手柄操作動了10厘米,患者體內的機器臂只動了1厘米,以此提升手術操作的精準性。

疫情期間助力醫生異地完成手術

像人類一樣,微創手術機器人也有“手”、“眼”和“腦”。機器人的“手”可以靈活操作患者腹內的手術器械,“眼”是高清立體內窺鏡,可以讓醫生恢復深度感覺。“腦”是控制系統,能夠精準模擬醫生手部動作,把醫生的意圖反映出來。

“手”、“眼”和“腦”在研發上各具難點。為了讓“多自由度微創手術器械”靈活模擬人手動作,團隊在器械末端增加了很多關節,手術器械結構變復雜了,但其尺度仍然受限,需要通過患者腹部小孔深入,通常僅有8-10毫米。另外,手術器械在做部分手術時需要輸出足夠大的操作力。“體積小、結構復雜,還要有很大的操作力,這本身就是相互矛盾的。我們研究了很多年,最終利用絲傳動技術,突破了這一難題。”

李進華稱,“內窺鏡”也要通過腹部小孔進入患者體內,團隊研發了雙目內窺鏡,模擬人眼成像原理,使醫生視野清晰,看到的景象呈現立體效果。“我們在內窺鏡有限的體積里放了兩個光路,為避免視覺疲勞,需要保證兩個光路的一致性。”

近兩年受疫情影響,很多患者不方便異地就醫,此時手術機器人也派上了用場。今年,“妙手”手術機器人已經完成了50例遠程手術。“手術機器人有快速反應能力和實時穩定通訊功能,在低延時的5G網絡支持下,醫生可以通過觀看異地畫面操作手柄,對手術器械進行精確控制。”

新京報:https://m.bjnews.com.cn/detail/163607686614595.html

(編輯 焦德芳 陳可)

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