达芬奇手术机器人

LOGO达芬奇手术机器人张应江李梁达芬奇手术机器人张应江李梁达芬奇手术机器人的系统达芬奇机器人手术系统以麻省理工学院(原名斯坦福研究学院)研发的机器人外科手术技术为基础。IntuitiveSurgical随后与IBM、麻省理工学院和Heartport公司联手对该系统进行了进一步开发。达芬奇外科手术系统是一种高级机器人平台，其设计的理念是通过使用微创的方法，实施复杂的外科手术。达芬奇系统是世界上仅有的、可以正式在腹腔手术中使用的机器人手术系统，也是目前最复杂和最昂贵的外科手术系统之一。达芬奇机器人的组成达芬奇机器人由三部分组成：外科医生控制台；床旁机械臂系统；成像系统。外科医生控制台外科医生控制台是达芬奇机器人系统的控制中心，由计算机系统、监视器、控制手柄、脚踏控制板及输出设备组成。外科医生控制台的操作者坐在消毒区域以外，通过使用控制手柄来控制手术器械和立体腔镜。术者通过双手动作传动手术台车上仿真机械臂完成各种操作，从而达到术者的手在患者体内做手术的效果。同时可通过声控、手控或踏板控制腹腔镜。术者双脚置于脚踏控制板上配合完成电切、电凝等相关操作。达芬奇机器人系统让术者在微创的环境里可以达到开放手术的灵活性成像系统成像系统(VideoCart)内装有外科手术机器人的核心处理器以及图象处理设备，在手术过程中位于无菌区外，可由巡回护士操作，并可放置各类辅助手术设备。外科手术机器人的内窥镜为高分辨率三维(3D)镜头，对手术视野具有10倍以上的放大倍数，能为主刀医生带来患者体腔内三维立体高清影像，使主刀医生较普通腹腔镜手术更能把握操作距离，更能辨认解剖结构，提升了手术精确度。床旁机械臂系统床旁机械臂系统(PatientCart)是外科手术机器人的操作部件，其主要功能是为器械臂和摄像臂提供支撑。助手医生在无菌区内的床旁机械臂系统边工作，负责更换器械和内窥镜，协助主刀医生完成手术。为了确保患者安全，助手医生比主刀医生对于床旁机械臂系统的运动具有更高优先控制权工作流程达芬奇外科手术系统要求在病人身体开多达五个小型(小于1厘米)的切口，用于插入两个手术机械手臂和一个摄像头。放置在病人床边的配套推车将手术器械移动到病人身边，病人床边会有外科手术助手在。与此同时，医生可以坐到房间的控制台来操作系统，外科医生通过对主控装置将外科医生的动作翻译并传递给机械手臂，机械臂根据指令进行手术，成像系统将手术场景进行反馈。如此外科医生用手抓住显示屏下方的主控装置，手腕相对其眼睛自然地动作，而外科医生的对主控装置的动作被转换成在患者体内进行的精确的、实时的机器手臂动。由此通过外科医生的手腕、手和手指的运动来控制主刀的机器手臂，这和典型的开放式手术是一样的。结构分析外科医生控制台:系统的大脑中区，通过主治医生的控制，通过程序转化为指令传输到机械臂，使之相应动作。床旁机械臂系统:使用固定机构；手臂机构为关节型手臂机构和机器人手腕机构；传动装置为连杆传动和流体传动机构。是主要的机械工作部位，整个系统最重要部分。成像系统:整个系统中的传感部分是机器人视觉的表现。通过腔镜臂将手术实时的图像传输到主屏幕，并使用高清三维显示。机械手臂的主要驱动达芬奇手术系统集成了高端运动控制技术，这样机器手臂的每个动作都能像熟练的外科医生一样顺畅、准确---即便在很慢的计算速度下。每个达芬奇HD系统包含有30多个由马克森精密电机公司生产的电机。这些电机是每个机械手臂的心脏。马克森电动机为达芬奇系统提供输入和输出，是其主要驱动。通过一系列反馈控制，电机和编码器接收了来自医生的输入信号，在经过主控制台电路进行实时翻译后，将输出信号传送给机器手臂中的电机。机械手随之通过主控制台电路将力反向施加至外科医生的手中。马克森电机的定子采用的是稀土磁铁，其定子采用的是无铁设计，这样即便在低速运行的情况下也不会有磁性齿槽存在。为区分它们的双重角色，将外科医生的床旁推车所用的电机作为主控电机，机械手臂电机所用电机作为从属电机。从属电机的精度和主控电机的精度相同，并且还需要能在外科医生助手移动末端执行器就位时后向驱动。手术器械顶部的电机具有低迟滞性。Intuitive公司的工程师们在达芬奇系统中使用了30多个电机。有RE25电机，有些带有编码器反馈，有些电机没带编码器反馈;配置有GP13系列减速器和13毫米磁性编码器的RE13mm电机;以及带第三方编码器的RE35系列电机。马克森电动机是达芬奇系统核心性能特性试验的关键，这些核心性能特性测试包括摩擦、间隙和兼容情况，以及一系列传感器反馈监测。机械手臂的自由度机械手可以模拟人手各种操作，动作的自由度高达7度，包括臂关节上下，前后自由运动与仿真手腕的左右旋转，开合，末端关节弯曲共7种动作，可作沿垂直轴360°和水平轴270°旋转，且每个关节活动度大于90°。尤其在进行深部操作时，机械手动作灵活，体积小巧，与开放手术的人手操作相比具有显著优势。机械手臂特点由于达芬奇机器人的机械手拥有7个自由度，具有人手无法企及的精确性。“达芬奇”还可以过滤人手的抖动，使得手术可以更精细。此外，机器人手术还具有移动缩减功能的特点，也就是说医生在操纵这一装置的过程中，移动操作杆5毫米，在患者体内的机械末端仅移动1毫米，这样就大大提高了手术的精确性和安全性。手术器械仿真接携手配置了各种类型的手术器械，可满足抓持，钳夹，缝合等各项操作要求。手术器械近百种，8毫米左右大小应用目前达芬奇手术机器人的应用范围为心外科、尿外科、普通外科、肝胆外科、妇产科、胸外科等。在诸多科室中他都表现出优越的性能，未来达芬奇手术机器人会更多地普及到各个科室，完成各种手术。发展“国际达芬奇机器人外科培训基地”在301正式挂牌中国人民解放军第二炮兵总医院亚洲首例肝脏手术中国人民解放军总医院（301医院）心脏外科德国法兰克福大学医院首例前列腺切除根治术2012年2009年2007年2000年在腔镜手术基础上更加发挥腔镜的优势，去除使用腔镜的劣势；2.加入计算机的技术可提高手术的操控性、精确性和稳定性；3.向术者提供了高清晰度三维图像并将手术野放大了10—20倍；4.创新的腕部可自由活动的镜下手术器械可使镜下手术器械完全重现人手动作从而达到手眼协调；5.系统设计可排除主刀医生可能的手的颤抖对手术所造成的不利影响；6.与开放手术的视觉一致使操作者手眼协调从而加快了医生学习进程；7.为患者带来更理想的手术结果，减少围手术期后遗症以及并发症的发生；8.创伤小、恢复快而使可接受手术的患者年龄范围扩大并使某些危重病人接受手术成为可能；不足自身仍存在着一定的缺陷如：触觉反馈体系的缺失；手术机器人的器械臂固定以后，其操作范围受限；整套设备的体积过于庞大，安装、调试比较复杂；系统的技术复杂，在使用过程中可能发生各种机械故障，如半路死机等；系统的学习曲线较长，医生与系统的配合需要长时间的磨合；手术前的准备及手术中更换器械等操作耗时较长等。使用成本昂贵表现在几个方面：①购置费用高，目前国内第三代四臂达芬奇手术机器人的总体购置费用在2000万以上。②二是手术成本高，机器人手术中专用的操作器械每用10次就需强制性更换，而更换一个操作器械需花费约2000美元。③三是维修费用高，手术机器人需定期进行预防性维修，每年维修保养费用也是一笔不小的开支。造成机器人手术使用成本高的原因通常被认为是其生产商通过收购竞争对手和专利保护等手段在这一领域形成了垄断所致，而这也成为制约手术机器人进一步发展的一个重要原因。不良反应根据美国对很多病人的调查，虽然机器人做的前列腺手术可以减少病人的住院时间，但是可能会导致阳痿和小便失禁。LOGO