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数字化智能型微创外科机器人手术系统 一、方案简介 二、研究背景 目前，医疗机器人已经在脑神经外科、心脏修复、胆囊摘除手术、人工关节置换、整形外科、泌尿外科手术等方面取得了广泛的应用，在提高手术效果和精度的同时，也不断开创新的手术，并向其他领域扩展。一般形成产品或投入研究的手术机器人的分类有3类： （1）放射外科机器人 美国Accuray公司生产的用于放射外科治疗的机器人CyberKnifeTM 。该机器人能携带放射线发生器，精确地向患者的肿瘤靶区发射放射线，以摧毁肿瘤，如图2。 （a） （b） 图2 美国Accuray公司生产的机器人CyberKnifeTM （2）外科机器人 美国Intuitive Surgical公司生产的外科的机器人Da Vinci S?。Da Vinci S?系列机器人（如图3）用于腹腔镜手术中帮助术者把持辅助手术器械和内窥镜。 图3 美国Intuitive Surgical公司生产的机器人Da Vinci S? （3）微型体内机器人 Olympus公司研制的微型体内磁动力手术机器人。该微型机器人微型摄像机和通讯系统，具有自主动力，能够进行肠胃检查或者活检，如图4。 （a） （b） （c） 图4 Olympus公司研制的微型体内磁动力手术机器人 图5为以色列Given Imaging公司生产的PillcamTM系列胶囊内窥镜。 图5 以色列Given Imaging公司生产的PillcamTM系列胶囊内窥镜 另一方面，近年来计算机图像引导手术导航技术已发展成成熟产品，并投入临床。如图6为导航引导下的微创脊柱外科手术，术中手术切口大大缩小，仅为3—5cm，缩小了术中并发症发生的机会，缩短了术后恢复的时间，为未来外科手术发展的方向。然而在计算机图像引导手术导航手术中，手术器械仍由手术医生操纵，手工操作器械往往导致手术器械偏离预定的手术路径和方位，对患者造成威胁。另外，长时间手工控制手术器械，也会造成手术者身体疲劳， （a）导航引导手术器械 （b）手术路径三维重建和可视化 微创手术切口3—5cm （d）脊柱椎弓根钉植入的效果 图6导航引导下的微创脊柱外科手术 针对国际上目前微创手术基本上靠医生手工完成，虽然导航技术和机器人技术有所发展，大量的临床仍是作为辅助手段，医生劳动强度大，操作精度差，手术成功率低。复杂的机器人手术技术虽有报道，但是还未大量推广，单纯等待引进不是我国的解决途径。我国大量的中小城市和边远地区微创手术尚未开展，急待利用网络技术和我国有限的高水平外科专家资源，特别是北京集中了国内外众多的外科专家，发展远程机器人微创手术。 国外现有的手术机器人产品，大都进行一些辅助性的、操作较为简单的外科手术，还未涉及难度大，精度要求高的精细外科手术，如外科脊柱手术等等。手术机器人在此类精细手术领域的应用，将极大的提高手术的安全性，节约手术医生的体力，在国外，特别是北美和欧洲，极具市场潜力。 我国在该领域的研究工作刚刚起步，但起点较高。我们在国际上首次将手术机器人应用于外科脊柱手术，目前已取得了良好的动物和离体实验的结果。我们还将进一步进行有关的临床试验，同时借鉴国外已有的手术机器人产品的研发和产业化经验，研发出具有自主知识产权，可以走向国际市场的微创外科手术机器人系统。 国外数家公司已经实现手术机器人的产品化，如美国的ComputerMotion为NASDAQ上市公司，生产的ZeusTM机器人可用于腹腔和心脏的辅助手术；美国Intuitive Surgical公司生产的外科的机器人Da Vinci S?。另一美国公司Integrated Surgical System生产的RobDocTM手术机器人用于膝、髋关节置换，目前正在申请FDA认证。我国也有少数医院引进了手术机器人，但价格昂贵，达到数百万美金。 图7 Da Vinci S?机器人用于腹腔和心脏的辅助手术 三、临床应用和发展 本项目具有广阔的的应用前景，数字化智能型微创外科机器人手术系统，可用于心脏外科如搭桥手术、脊柱外科如内固定物的植入、骨科的全膝和全髋关节置换等，替代外科医生对患者实施高难度高复杂的精细手术，误差仅为0.05mm，而人手的误差可到1到4mm，因此可大大增强手术的准确性和安全性，减小术后并发症。另外，由于手术操作实现了数字化，可借助互联网实现全球专家远程手术，为未来外科手术的发展趋势。 下面仅举两个例子： （1）脊柱椎弓根钉