外科手術(shù)機(jī)器人

　　簡介

　　雖然說手術(shù)機(jī)器人比人手有一些優(yōu)點(diǎn)，但是要用自動(dòng)化的機(jī)器人在沒有人參與的情況下對(duì)人體進(jìn)行手術(shù)，還有很長的一段路要走。但是，隨著計(jì)算機(jī)能力和人工智能的發(fā)展，在本世紀(jì)將會(huì)設(shè)計(jì)出一種機(jī)器人，可以找出人體中的異常，進(jìn)行分析并校正這些異常而不需要任何人指導(dǎo)。

　　組成部件

　　之所以將機(jī)器人引入醫(yī)療，是因?yàn)樵谖?chuàng)手術(shù)中，它們可以實(shí)現(xiàn)對(duì)外科儀器前所未有的精準(zhǔn)控制。目前為止，這些機(jī)器已經(jīng)用來定位內(nèi)窺鏡、進(jìn)行膽囊手術(shù)以及胃灼熱和胃食管反流的矯治。機(jī)器人手術(shù)領(lǐng)域的最終目標(biāo)是設(shè)計(jì)一種機(jī)器人，可以用來進(jìn)行不開胸口的心臟手術(shù)。某制造商表示，僅在美國，機(jī)器人設(shè)備每年可以用于超過350萬個(gè)醫(yī)療手術(shù)中。

　　1、達(dá)芬奇手術(shù)系統(tǒng)

　　2、ZEUS機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)

　　3、AESOP機(jī)器人系統(tǒng)

　　2000年7月11日，美國食品和藥物管理局（FDA）批準(zhǔn)了達(dá)芬奇手術(shù)系統(tǒng)，使其成為美國第一個(gè)可在手術(shù)室使用的機(jī)器人系統(tǒng)。由IntuitiveSurgical公司開發(fā)達(dá)芬奇系統(tǒng)使用的技術(shù)使外科醫(yī)生可以到達(dá)肉眼看不到的外科手術(shù)點(diǎn)，這樣他們就可以比傳統(tǒng)的外科手術(shù)更精確地進(jìn)行工作。價(jià)值1百萬美元的達(dá)芬奇系統(tǒng)由兩個(gè)主要部件組成：

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

　　2、床旁機(jī)械臂系統(tǒng)：床旁機(jī)械臂系統(tǒng)(PatientCart)是外科手術(shù)機(jī)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(nèi)的床旁機(jī)械臂系統(tǒng)邊工作，負(fù)責(zé)更換器械和內(nèi)窺鏡，協(xié)助主刀醫(yī)生完成手術(shù)。為了確保患者安全，助手醫(yī)生比主刀醫(yī)生對(duì)于床旁機(jī)械臂系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)具有更高優(yōu)先控制權(quán)。

　　3、成像系統(tǒng)：成像系統(tǒng)(VideoCart)內(nèi)裝有外科手術(shù)機(jī)器人的核心處理器以及圖象處理設(shè)備，在手術(shù)過程中位于無菌區(qū)外，可由巡回護(hù)士操作，并可放置各類輔助手術(shù)設(shè)備。外科手術(shù)機(jī)器人的內(nèi)窺鏡為高分辨率三維(3D)鏡頭，對(duì)手術(shù)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(nèi)三維立體高清影像，使主刀醫(yī)生較普通腹腔鏡手術(shù)更能把握操作距離，更能辨認(rèn)解剖結(jié)構(gòu)，提升了手術(shù)精確度。

　　操作方法

　　外科醫(yī)生站在控制臺(tái)邊，離手術(shù)臺(tái)幾十厘米遠(yuǎn)，透過探視鏡向里看，來研究病人體內(nèi)的照相機(jī)發(fā)送的3-D圖像。圖像顯示的是手術(shù)點(diǎn)以及兩個(gè)固定在上述兩根桿端點(diǎn)上的手術(shù)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(shù)儀器。每次操縱桿移動(dòng)時(shí)，計(jì)算機(jī)就向儀器發(fā)送電子信號(hào)，儀器就和外科醫(yī)生的手同步移動(dòng)。

　　另一個(gè)即將被FDA批準(zhǔn)的機(jī)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(dá)芬奇系統(tǒng)還是ZEUS系統(tǒng)，用來進(jìn)行手術(shù)計(jì)劃的每一道程序都必須得到政府部門的批準(zhǔn)。價(jià)值75萬美元的ZEUS系統(tǒng)與達(dá)芬奇的裝置類似。它有一個(gè)計(jì)算機(jī)工作站、一個(gè)視頻顯示器和控制手柄，用于移動(dòng)手術(shù)臺(tái)上安裝的手術(shù)儀器。ZEUS系統(tǒng)目前在美國只被批準(zhǔn)用于醫(yī)療試驗(yàn)，而德國醫(yī)生已經(jīng)使用此系統(tǒng)進(jìn)行了冠心病搭橋手術(shù)。

　　ZEUS系統(tǒng)得到了自動(dòng)化內(nèi)窺鏡定位（AESOP）機(jī)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(zhǔn)使用的第一臺(tái)可以用于手術(shù)室協(xié)助手術(shù)的機(jī)器人。AESOP比達(dá)芬奇系統(tǒng)和ZEUS系統(tǒng)要簡單得多。AESOP基本上只是一個(gè)機(jī)械臂，用于醫(yī)生定位內(nèi)窺鏡——一種插入病人體內(nèi)的外科照相機(jī)。腳踏板或聲音軟件用于醫(yī)生定位照相機(jī)，這就讓醫(yī)生的手空出來繼續(xù)進(jìn)行手術(shù)。

　　加拿大卡爾加利大學(xué)日前宣布，該校外科專家加內(nèi)特·薩瑟蘭德博士帶領(lǐng)的研究小組與研制航天飛機(jī)機(jī)械手的MDA公司合作，研制出名為“神經(jīng)臂”的外科手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)。有關(guān)專家認(rèn)為，該系統(tǒng)將為外科手術(shù)帶來變革，從而使顯微手術(shù)產(chǎn)生革命性的突破。

　　未來研究

　　外科手術(shù)特別是神經(jīng)外科手術(shù)，受到人手準(zhǔn)確性的限制。發(fā)展于上世紀(jì)60年代的顯微外科技術(shù)，使外科醫(yī)生超越了人手精準(zhǔn)、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(shù)的精準(zhǔn)率，使外科手術(shù)水平從器官級(jí)發(fā)展到細(xì)胞級(jí)。利用該系統(tǒng)，外科醫(yī)生可通過操縱計(jì)算機(jī)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(xì)手術(shù)。

　　據(jù)研究人員介紹，“神經(jīng)臂”需要與具有強(qiáng)磁場的核磁共振成像儀一起運(yùn)行，它的開發(fā)是由包括醫(yī)療、物理、電子、軟件、光學(xué)和機(jī)械工程師等的合作進(jìn)行的。項(xiàng)目啟動(dòng)時(shí)，MDA公司的工程人員與卡爾加里大學(xué)外科醫(yī)生一起，確定了設(shè)計(jì)“神經(jīng)臂”機(jī)器人的技術(shù)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(shù)語翻成技術(shù)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(gè)培訓(xùn)項(xiàng)目，對(duì)將使用“神經(jīng)臂”系統(tǒng)的外科醫(yī)生進(jìn)行培訓(xùn)。

　　薩瑟蘭德博士表示，他們不僅要研制“神經(jīng)臂”機(jī)器人，還要為其設(shè)計(jì)一套醫(yī)療機(jī)器人教學(xué)大綱。他們希望這一新技術(shù)能夠在世界范圍得到應(yīng)用。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，他準(zhǔn)備更多地向?qū)W生和年輕專家宣傳該技術(shù)，因?yàn)樗麄兏瞥缧录夹g(shù)，也是臨床新技術(shù)應(yīng)用的中堅(jiān)力量。

　　前景展望

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

　　使用計(jì)算機(jī)控制臺(tái)從稍遠(yuǎn)的地方進(jìn)行手術(shù)開創(chuàng)了遠(yuǎn)程手術(shù)的概念，就是讓醫(yī)生從離病人很遠(yuǎn)的地方來進(jìn)行精密的手術(shù)。如果醫(yī)生不用站在病人的身旁進(jìn)行手術(shù)，而是在離病人幾十厘米遠(yuǎn)的計(jì)算機(jī)臺(tái)旁遠(yuǎn)程控制機(jī)器人手臂，那么下一步將是從離得更遠(yuǎn)的位置來進(jìn)行手術(shù)。如果可以使用計(jì)算機(jī)控制臺(tái)來實(shí)時(shí)移動(dòng)機(jī)器人手臂，則在加利福尼亞的醫(yī)生就可以對(duì)身在紐約的病人進(jìn)行手術(shù)。遠(yuǎn)程手術(shù)的主要障礙就是醫(yī)生手的移動(dòng)和機(jī)器人手臂做出的反應(yīng)之間的時(shí)間延遲。當(dāng)前，醫(yī)生必須與病人同在一室，以便機(jī)器人系統(tǒng)可以根據(jù)醫(yī)生手的移動(dòng)快速做出反應(yīng)。

　　手術(shù)室中人員的減少以及醫(yī)生可以遠(yuǎn)距離對(duì)病人進(jìn)行手術(shù)減少了醫(yī)療保健的費(fèi)用。除了成本效益高之外，機(jī)器人手術(shù)還有比傳統(tǒng)手術(shù)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(shù)現(xiàn)在需要在病人的胸口“切開”一個(gè)30.48厘米長的切口。而如果使用達(dá)芬奇或ZEUS系統(tǒng)，可能是在胸口處做三個(gè)切口來進(jìn)行心臟手術(shù)，每個(gè)切口直徑僅有1厘米。因?yàn)橥饪漆t(yī)生做手術(shù)時(shí)切口非常小，而不是沿著胸口向下的很長的一個(gè)刀口，病人受的痛苦也會(huì)少一些、流血也會(huì)減少，恢復(fù)的就快一些。

　　機(jī)器人還使醫(yī)生在長達(dá)幾個(gè)小時(shí)的手術(shù)過程中節(jié)省了體力。外科醫(yī)生在如此長的手術(shù)過程中會(huì)很疲憊，結(jié)果可能手會(huì)顫動(dòng)。即使最穩(wěn)定的人手也比不上手術(shù)機(jī)器人的手臂。達(dá)芬奇系統(tǒng)經(jīng)過程序設(shè)定可對(duì)手的顫動(dòng)這個(gè)缺點(diǎn)進(jìn)行補(bǔ)償，因此如果醫(yī)生的手顫動(dòng)，計(jì)算機(jī)會(huì)忽略此顫動(dòng)，使機(jī)械臂保持穩(wěn)定。

　　達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人治療疾病的優(yōu)勢(shì)：

　　一、達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人擁有三維影像技術(shù)，可以向術(shù)者提供高清晰的三維影像，突破了人眼的極限，并且能夠?qū)⑹中g(shù)部位放大10-15倍，使手術(shù)的效果更加精準(zhǔn)。

　　二、達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人的機(jī)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(xì)手術(shù)。

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