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外科手术机器人
外科手术机器人是一种集诸多学科为一体的新型医疗器械，是当前医疗器械信息化、程控化、智慧型化的一个重要发展方向，在临床微创手术以及战地救护、地震海啸救灾等方面有着广泛的套用前景。
基本介绍
- 中文名：外科手术机器人
- 外文名：Surgical operation robots
- 管理类别：Ⅲ类医疗器械
- 分类名称：手术及急救装置
定义
外科手术机器人是集临床医学、生物力学、机械学、材料学、计算机科学、微电子学、机电一体化等诸多学科为一体的新型医疗器械。
发展历史
自上世纪90年代起，机器人辅助微创外科手术逐渐成为一个显着的发展趋势。以AESOP、ZUES和Da Vinic（达文西）系统为代表的外科手术机器人系统在临床上的成功套用引起了国内外医学界、科技界极大的兴趣。当时，以达文西为代表的微创手术机器人逐渐成为国际机器人领域的前沿和研究热点。其系统融合诸多新兴学科，实现了外科手术微创化、智慧型化和数位化。截止2010年，达文西微创手术机器人已是在全世界广泛套用，手术种类涵盖泌尿科、妇产科、心脏外科、胸外科、肝胆外科、胃肠外科、耳鼻喉科等学科。
分类及其基本构造
- 达文西机器人微创外科手术系统(Da Vinci)。达文西机器人微创外科手术系统是世界範围套用广泛的一种智慧型化手术平台，2000年获得美国食品与药品监督管理局(FDA)批准，成为进入临床外科的智慧型内窥镜微创手术系统。主要由控制台系统、操作臂系统和成像系统组成。
外科手术机器人示意图2. 宙斯机器人手术系统(Zeus)。宙斯机器人手术系统是由美籍华裔王友侖先生于1998年在美国摩星有限公司研发成功。主要由伊索(Aesop)声控内窥镜定位器、赫米斯(Hermes)声控中心、宙斯(Zeus)机器人手术系统(左右机械臂、术者操作控制台、视讯控制台)、苏格拉底(Socrates)远程合作系统这几部分组成。
3. 伊索声控机器人手术辅助系统(Aesop)。伊索声控机器人手术辅助系统Aesop 1000也是由王友侖先生所在的美国摩星公司于1994年10月研发成功，1996年11月第二代Aesop 2000研发成功。在中国各大医院仍在使用的多为第四代Aesop3000，重约17公斤。主要由机械手掌、机械臂、机械躯体和电脑语音识别系统几部分组成。
使用方法
外科医生站在控制台边，离手术台几十厘米远，透过探视镜向里看，来研究病人体内的照相机传送的3-D图像。图像显示的是手术点以及两个固定在上述两根桿端点上的手术仪器。像操纵桿一样的控制手柄，位于萤幕的正下方，外科医生用来操作手术仪器。每次操纵桿移动时，计算机就向仪器传送电子信号，仪器就和外科医生的手同步移动。
手术操作示意图优缺点
1. 与传统电视腹腔镜手术系统相比，手术机器人系统具有如下明显的优点：
- 提供主刀医生高清晰、立体的手术视野，符合人类工程学，让医生可以清晰準确地进行组织定位和器械操作。
- 仿真手腕手术器械可以模拟人的手指的灵活度，同时消除不必要的颤动，所以手术器械完全达到人手的灵活度和準确度，可以进行人手不能触及的狭小空间的精细手术操作。
- 减少了主刀医生和其他手术团队成员的配合，更容易实现主刀医生的意图。
- 主刀医生採取坐姿进行系统操作，舒适的坐势有利于长时间複杂的手术。
- 减少麻醉需求量、感染风险、失血量或输血必要、创伤和疤痕等。对于大多数手术而言，病人康复时间大幅缩短，可快速恢复日常作息。
2. 手术机器人的不足之处：
- 手术机器人触觉反馈还不完善，容易扯破易碎组织，也不能感觉打结的鬆紧度，操作者只能通过萤幕观察组织在力的作用下的变形程度，来判断力的大小；或者事先设定器械末端的应力，以防用力过大。
- 整套设备的体积过于庞大，安装、调试比较複杂，需要专用的手术室；
- 系统的技术複杂，在使用过程中可能发生各种机械故障，如半路当机等，处置难度大，常中途改成常规手术完成。
- 系统的学习时间较长，还不够拟人化，医师与系统的配合需要长时间的磨合。
- 手术前的準备及手术中更换器械等操作耗时较长。
- 设备购置费用高。
- 手术机器人手术比常规手术的成本明显增加。
- 手术机器人还要定期预防性维修，维护成本巨大。
使用注意事项
以达文西Si手术机器人系统为例
1. 电源系统。达文西机器人系统对电源系统有着严格的要求，手术间必须独立的给各个系统提供电源，不允许共用同一路电源，以免相互影响带来风险。首次使用前必须先对操作臂系统的后备电池充电至少14小时，即使整个系统处于关机状态，操作臂系统也必须一直处于通电状态，以确保电池时刻处于满格状态，以防术中出现紧急情况时有足够电能撤出机械臂系统。
2. 开机自检。开机过程中，系统会进行自检。这时操作手柄和四个机械臂会有小幅运动，目的是自检以及确认初始位置。由于机械臂会运动，所以开机前必须确保机械臂间不会相互碰撞，以防发生意外。
3. 光纤使用注意事项。在开机使用前必须首先正确连线光纤，严禁在开机状态下插拔光纤。光纤的最小安全弯折半径为1英寸，严禁打折、碾压、踩踏等。为保证信号传输效率，需要定期使用压缩气体对光纤进行清洁保养。
常见故障及其处理
以达文西Si手术机器人系统为例
1. 无法正常开机启动。当达文西机器人系统无法正常开机启动时，首先确认电源插座有输出，然后检查机器人系统各部件交流电源是否连线正常，6个断路器是否均处于闭合状态，位于操作臂系统的紧急断电键是否处于闭合状态。经过上述步骤后，确认电源系统各部件正常，仍然无法启动，需要进行断电重置。
2. 术中机器人系统出现的报错分为两种：可恢复故障和不可恢复故障。
1) 出现可恢复故障时，机械臂上的LED将会亮起黄灯并伴随有声音报警，触控萤幕上会显示报警代码和提示信息，需要根据提示做相应处理，如检查电源连线。
2) 如果错误是不可恢复故障，机械臂上的LED将会亮起红灯并伴随有声音报警，触控萤幕上会显示报警代码和提示信息，系统必须重新启动才能恢复正常[5]。