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社會5.0,遙操作技術如何在手術機器人領域大放光彩?

由中國高科技行業門戶OFweek維科網主辦的“OFweek 2020中國醫療科技在線論壇”于4月21日在線上正式舉辦。

本次論壇全面探討了機器人、AI、5G、大數據、物聯網等新興技術與醫療產業的深度融合,并對醫療科技產業的創新和發展前景做出了前瞻性展望。讓在線觀眾足不出戶即可透視醫療行業尖端現狀,把握醫療產業發展動向。

上海交大生物醫學制造與生命質量工程研究所所長曹其新教授在線上分享了《遙操作技術在手術機器人中應用研究》的主題演講。下面就帶大家一起了解遙操作技術如何在手術機器人領域大放光彩。

社會5.0,遙操作技術如何在手術機器人領域大放光彩?

(圖片來自OFweek維科網,下同)

要了解要操作技術的應用首先需要理清機器人的發展歷程。機器人最早產生于1959年,由約瑟夫?恩格爾伯格開發而成。此后,豐田將機器人技術帶入日本,不斷發展,成為了全球排名第一的機器人生產廠商。曹其新教授表示,五年前,機器人在中國的銷量已達到全球第一。目前,機器人已經成為了人們社會生活的重要部分。

隨著機器人在醫療手術應用上不斷加深,曹其新教授表示,與人工手術相比,目前手術機器人具有一些特殊優勢。最早的手術機器人誕生于1985年的美國,適用于腦組織活檢。自此之后,手術機器人迅速火爆,全球各地開啟了對各式各樣的手術機器人開發工作。

手術機器人開發市場廣闊,而達芬奇機器人手術系統極具代表性,曹其新教授分析道,該系統充分結合了美國航天航空局和眾多研究機構開發的先進技術,是當今世界較好的外科手術機器人。

隨著機器人在醫療手術應用上不斷加深,曹其新教授表示,與人工手術相比,目前手術機器人的特殊優勢在于:它對患處的操作更為精確,能夠減少患者痛楚;能夠減輕醫生負擔,降低手術人員需求;操作靈活,不用實地接觸就能夠進行手術,可以將醫生的作用放大。在新冠肺炎疫情期間,手術機器人若能夠應用到實際手術,就能解決醫生因穿戴防護服而無法操作手術的窘境。

隨著科學技術的發展和醫療事業對手術技術要求的不斷提高,原本在深空探索、深海探測、核電站維護和排除爆炸物等極端危險生產環境使用的遙操作技術也被應用到手術機器人的研發當中,并成為了相輔相成的存在。遙操作技術應用于手術機器人可以作為醫生的輔助,提高其手術質量,減輕其工作強度。

曹其新教授進一步提到,目前遙操作機器人技術共有三種:一是主從同構遙操作位姿控制;二是主從異構遙操作位姿控制;三是主從異構遙操作力覺控制。現今市面上大多數遙操作機器人都沒有力覺控制的設計,亟待開發研制。

社會5.0,遙操作技術如何在手術機器人領域大放光彩?

除此之外,還需要掌握遙操作控制的三大要素:第一,主從遙操作控制算法,將主操作手的運動轉化為從端手術機器人的運動;第二,主從延遲和主從控制精度,主從延遲影響控制手感控制精度決定能否勝任精細任務;第三,主從力反饋算法,力反饋增強醫生實際操作感。

作為當今時代醫療科技開發工作者,擁有充足的原理基礎便能夠進行遙操作機器人開發工作,醫療器械的開發基本上分為四個階段:一,理論知識儲備,即基礎研究階段;二,面向實用化和應用化的研究,即制品開發,研制出樣品;三,非臨床的驗證階段,即進行各種性能試驗,保證產品功能;最后,臨床研究階段,產品應用于人身,作為醫生的輔助工具治療病患。

遙操作技術歸根結底是一種以醫生為中心,以機器人為輔助的流程。關于遙操作技術在我國的實踐,曹教授也帶來了他們珍貴的研究成果,如:脊柱鉆孔機器人系統、脊柱精皮穿刺手術機器人系統、機械臂輔助髖關節鏡手術系統、“蛟龍”多孔微創腔鏡手術機器人、“蛟龍”單孔手術機器人系統、氣管插管手術與取痰機器人等等。

總之,隨著機器人從工廠進入社會,特別是老齡化、社會5.0時代的到來,社會對服務機器人需求大幅上升。醫療機器人產業將成為一個藍海,手術機器人將成為引領。特別是疫情之后對醫療設備的大量剛需,尤其需要操作技術和人機融合,更是給基于遙操作技術的手術機器人提供了絕佳的發展機遇。

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