國(guó)產(chǎn)機(jī)器人妙手S系統(tǒng)遠(yuǎn)程手術(shù)實(shí)驗(yàn)研究

李愛(ài)民 李進(jìn)華 李建民 張濤 楊瑞林 邢元 劉全達(dá) 王樹(shù)新

國(guó)產(chǎn)機(jī)器人妙手S系統(tǒng)遠(yuǎn)程手術(shù)實(shí)驗(yàn)研究

李愛(ài)民 李進(jìn)華 李建民 張濤 楊瑞林 邢元 劉全達(dá) 王樹(shù)新

目的 驗(yàn)證國(guó)產(chǎn)手術(shù)機(jī)器人妙手S系統(tǒng)遠(yuǎn)程手術(shù)的安全性和穩(wěn)定性。方法 將國(guó)產(chǎn)手術(shù)機(jī)器人妙手S系統(tǒng)的主從手分開(kāi)，主手放置在天津大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室，從手放置在北京第二炮兵總醫(yī)院(現(xiàn)火箭軍總醫(yī)院)機(jī)器人外科實(shí)驗(yàn)室。在天津操作手術(shù)機(jī)器人主手，通過(guò)因特網(wǎng)遠(yuǎn)程控制北京的機(jī)器人臂(從手)進(jìn)行遠(yuǎn)程豬膽囊切除、胃穿孔修補(bǔ)、肝臟楔形切除術(shù)。檢測(cè)機(jī)器人遠(yuǎn)程進(jìn)行切除、縫合、打結(jié)、止血等操作的安全性和穩(wěn)定性。天津至北京距離118 km。結(jié)果 本次動(dòng)物(豬)實(shí)驗(yàn)完成遠(yuǎn)程膽囊切除、胃穿孔修補(bǔ)、肝臟楔形切除術(shù)，為國(guó)內(nèi)首次動(dòng)物腹部外科遠(yuǎn)程手術(shù)成功案例。膽囊切除手術(shù)時(shí)間為50 min，出血5 ml；胃穿孔修補(bǔ)手術(shù)時(shí)間為20 min，出血0 ml；肝臟楔形切除手術(shù)為30 min，出血15 ml。順行法切除膽囊，先解剖膽囊三角，顯露出膽囊管、膽囊動(dòng)脈和膽總管，離斷膽囊管后，順行剝離膽囊漿膜，注意避免損傷肝臟及右肝管、右肝動(dòng)脈。胃穿孔修補(bǔ)采用2-0慕絲線行全層間斷縫合術(shù)，共縫合3針。肝臟楔形切除肝葉邊緣大小約2 cm×1 cm肝組織。術(shù)中無(wú)周圍臟器損傷等并發(fā)癥。手術(shù)過(guò)程有延時(shí)效應(yīng)，延時(shí)平均小于250 ms，機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)無(wú)明顯抖動(dòng)等不良狀況，實(shí)驗(yàn)順利完成。結(jié)論 國(guó)產(chǎn)手術(shù)機(jī)器人妙手S系統(tǒng)具有良好的安全性和穩(wěn)定性，可順利完成腹部外科遠(yuǎn)程手術(shù)。

機(jī)器人； 遠(yuǎn)程手術(shù)； 遠(yuǎn)程醫(yī)學(xué)； 膽囊切除術(shù)； 微創(chuàng)外科； 豬

機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)是目前國(guó)外機(jī)器人研究領(lǐng)域中最活躍的方向之一，其發(fā)展前景非?？春?。20世紀(jì)90年代起，國(guó)際先進(jìn)機(jī)器人計(jì)劃(international advanced robotics programme,IARP)已多次召開(kāi)醫(yī)療外科機(jī)器人研討會(huì)。美國(guó)國(guó)防高等研究計(jì)劃署(Defense Advanced Research Projects Agency，DARPA)己經(jīng)立項(xiàng)，開(kāi)展基于遙控操作的外科研究，用于戰(zhàn)傷手術(shù)急救。

機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)的潛在優(yōu)勢(shì)是遠(yuǎn)程手術(shù)。2000年，Micali等[1]首先報(bào)道了從美國(guó)巴爾的摩到意大利羅馬機(jī)器人遠(yuǎn)程手術(shù)指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)(telementoring)，5例中4例獲得成功。同年，Cheah等[2]完成了自新加坡到美國(guó)巴爾的摩遠(yuǎn)程腹腔鏡膽囊切除術(shù)。2001年，Marescaux等[3]完成了世界首例從美國(guó)紐約(New York)到法國(guó)斯特拉斯堡(Strasbourg)橫跨大西洋的機(jī)器人遠(yuǎn)程膽囊切除術(shù)，即著名的林白手術(shù)(Lindbergh Operation)，這是遠(yuǎn)程手術(shù)(telesurgery)的一個(gè)里程碑，標(biāo)志著外科手術(shù)跨時(shí)代的飛躍。

緊跟國(guó)際研究前沿，第二炮兵總醫(yī)院(現(xiàn)火箭軍總醫(yī)院)與天津大學(xué)開(kāi)展醫(yī)工合作研究，在妙手A系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)了新一代國(guó)產(chǎn)機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)妙手S系統(tǒng)(MicroHand S system)，并開(kāi)展了動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和初期臨床應(yīng)用研究，取得了成功[4-5]。為進(jìn)一步驗(yàn)證妙手S系統(tǒng)遠(yuǎn)程手術(shù)的安全性和有效性，經(jīng)第二炮兵總醫(yī)院倫理委員會(huì)審查同意后開(kāi)展了本實(shí)驗(yàn)。傳統(tǒng)概念的遠(yuǎn)程醫(yī)學(xué)(telemedicine)包括遠(yuǎn)程醫(yī)療會(huì)診、遠(yuǎn)程醫(yī)學(xué)教育、遠(yuǎn)程醫(yī)療保健咨詢系統(tǒng)等。機(jī)器人遠(yuǎn)程手術(shù)是將微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用于遠(yuǎn)程手術(shù)[6]，是遠(yuǎn)程醫(yī)學(xué)中最為復(fù)雜的部分，使外科醫(yī)生可為病人實(shí)施手術(shù)而不受地域的限制，該技術(shù)無(wú)論在民用還是軍用方面都具有重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

設(shè)備與方法

一、設(shè)備介紹

1.MicroHand S手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)簡(jiǎn)介 妙手S系統(tǒng)是一款具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的從式手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)(圖1)，由醫(yī)生控制臺(tái)、機(jī)器人臺(tái)車和成像系統(tǒng)組成，具有小型化和模塊化的特點(diǎn)，可用于復(fù)雜的胸腹腔微創(chuàng)外科手術(shù)，目前已完成動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和初期臨床研究[4-5]。

圖1 A.妙手S系統(tǒng);B.妙手S系統(tǒng)套環(huán)實(shí)驗(yàn)

2.遠(yuǎn)程通訊系統(tǒng)測(cè)試 遠(yuǎn)程動(dòng)物實(shí)驗(yàn)前通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)(套環(huán)、縫合、打結(jié)等)進(jìn)行了網(wǎng)絡(luò)通訊狀況測(cè)試。測(cè)試結(jié)果顯示，數(shù)據(jù)包平均傳輸延時(shí)在9.1 ms和24.6 ms之間變化[7]。

3.實(shí)驗(yàn)時(shí)間 2015年7月18日。

4.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?驗(yàn)證國(guó)產(chǎn)手術(shù)機(jī)器人妙手S系統(tǒng)遠(yuǎn)程手術(shù)的安全性、穩(wěn)定性和有效性。

5.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 利用新一代國(guó)產(chǎn)機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)妙手S系統(tǒng)，于天津大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室操作手術(shù)機(jī)器人，通過(guò)商用因特網(wǎng)絡(luò)(天地通網(wǎng)絡(luò)公司)，遠(yuǎn)程控制北京第二炮兵總醫(yī)院機(jī)器人外科實(shí)驗(yàn)室的機(jī)器人臂進(jìn)行手術(shù)，擬行手術(shù)：機(jī)器人遠(yuǎn)程膽囊切除術(shù)、胃穿孔修補(bǔ)術(shù)、肝臟楔形切除術(shù)。天津至北京距離118 km。

6.實(shí)驗(yàn)用品 麻醉機(jī)、氧氣罐(3罐)、CO2罐(2罐)、手術(shù)器械臺(tái)、麻醉機(jī)連接管子、實(shí)驗(yàn)豬(中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院提供，體重21 kg，雌性)。動(dòng)物麻醉誘導(dǎo)劑速眠新(1盒)、動(dòng)物全身麻醉常規(guī)用藥等。

二、實(shí)驗(yàn)方法

在上述遠(yuǎn)程通訊系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果基礎(chǔ)上，遠(yuǎn)程動(dòng)物實(shí)驗(yàn)采用天津大學(xué)與第二炮兵總醫(yī)院合作研發(fā)的妙手S手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)(MicroHand S system)，機(jī)器人主手放置于天津大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院實(shí)驗(yàn)室(圖2A)，機(jī)器人從手放置于北京解放軍第二炮兵總醫(yī)院機(jī)器人外科實(shí)驗(yàn)室(圖2B)，兩地相距118 km，主從手之間采用10M帶寬的商用網(wǎng)絡(luò)(VPN)作為連接鏈路。采用實(shí)驗(yàn)豬作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，分別進(jìn)行了膽囊切除、胃穿孔修補(bǔ)和肝臟楔形切除術(shù)。實(shí)驗(yàn)豬采取仰臥姿，固定于自制的手術(shù)床上，4個(gè)直徑為12 mm的Trocar置于實(shí)驗(yàn)豬的腹腔上部，醫(yī)生依據(jù)臨床手術(shù)經(jīng)驗(yàn)確定Trocar擺放位置，其中左側(cè)和右側(cè)對(duì)稱放置的Trocar分別作為機(jī)器人的兩個(gè)工具通道，中間的Trocar放置內(nèi)窺鏡，右下側(cè)的Trocar作為助手輔助的工具通道，整體Trocar以肝門部為中心呈扇形分布。實(shí)驗(yàn)中首先完成膽囊切除手術(shù)，具體如下：①國(guó)產(chǎn)機(jī)器人妙手S系統(tǒng)開(kāi)機(jī)調(diào)試準(zhǔn)備；網(wǎng)絡(luò)通訊調(diào)試；②氣管插管全麻成功后，常規(guī)消毒，鋪巾，臍下穿刺建立氣腹，氣腹壓力設(shè)置在12 mmHg(1 mmHg=0.133 kPa)；以肝門部為手術(shù)區(qū)域中心，按扇形分布布置機(jī)器人Trocar，連接從手端機(jī)器人器械臂；③遠(yuǎn)程主手端操作；④測(cè)試網(wǎng)絡(luò)時(shí)間延時(shí)，測(cè)試結(jié)果顯示平均延時(shí)小于250 ms；⑤進(jìn)行機(jī)器人遠(yuǎn)程膽囊切除，游離膽囊管及膽囊動(dòng)脈，夾畢后切斷，順行法切除膽囊，仔細(xì)剝離膽囊床漿膜，避免損傷肝臟，避免切破膽囊壁；⑥順利切除膽囊后，本地操作取出膽囊。

圖2 A.天津大學(xué)機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室遠(yuǎn)程控制臺(tái),主刀手術(shù)操作;B.北京第二炮兵總醫(yī)院機(jī)器人外科實(shí)驗(yàn)室,本地助手手術(shù)操作

胃穿孔修補(bǔ)術(shù)先用Veress氣腹針穿刺胃竇部前壁制造胃穿孔模型，采用2-0慕絲線行全層間斷縫合術(shù)，共縫合3針。主要檢測(cè)機(jī)器人遠(yuǎn)程縫合、打結(jié)等操作。肝臟楔形切除肝葉邊緣約2 cm×1 cm大小肝組織，主要檢測(cè)機(jī)器人遠(yuǎn)程電凝止血效果及網(wǎng)絡(luò)延時(shí)對(duì)手術(shù)的影響。

結(jié) 果

本次動(dòng)物(豬)實(shí)驗(yàn)順利完成遠(yuǎn)程機(jī)器人膽囊切除(圖3)、胃穿孔修補(bǔ)、肝臟楔形切除術(shù)。膽囊切除手術(shù)時(shí)間為50 min，術(shù)中出血5 ml。在胃穿孔縫合手術(shù)中，手術(shù)工具更換為兩把針持，主要評(píng)估遠(yuǎn)程手術(shù)縫合操作，手術(shù)時(shí)間為20 min，術(shù)中出血0 ml。在肝臟楔形切除手術(shù)中，再次將工具更換為組織抓鉗和高頻電刀，主要評(píng)估遠(yuǎn)程手術(shù)的電切、電凝功能，實(shí)驗(yàn)獲取的肝葉活檢樣本由助手經(jīng)Trocar孔取出，手術(shù)時(shí)間為30 min，術(shù)中出血15 ml。術(shù)中無(wú)周圍臟器的損傷，手術(shù)過(guò)程中有一定的延時(shí)效應(yīng)，但基本不影響實(shí)驗(yàn)順利完成。機(jī)器人遠(yuǎn)程手術(shù)操作過(guò)程中未出現(xiàn)明顯抖動(dòng)或其他機(jī)器人系統(tǒng)不穩(wěn)定情況。

A.應(yīng)用鈦夾夾閉膽囊管;B.應(yīng)用電刀離斷膽囊管;C.膽囊床剝離過(guò)程;D.手術(shù)完成后取出的完整膽囊標(biāo)本圖3 機(jī)器人遠(yuǎn)程(豬)膽囊切除術(shù)

討 論

手術(shù)機(jī)器人是微創(chuàng)外科與機(jī)器人技術(shù)相融合的產(chǎn)物。國(guó)外研究機(jī)構(gòu)相繼開(kāi)展了手術(shù)機(jī)器人的研究，并開(kāi)發(fā)出各自的機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)[8-10]。遠(yuǎn)程操作是機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)的一項(xiàng)獨(dú)特功能，這一創(chuàng)新開(kāi)啟了遠(yuǎn)程手術(shù)時(shí)代的大幕，打破了傳統(tǒng)外科手術(shù)臨場(chǎng)模式。

1996年誕生了世界上首個(gè)遠(yuǎn)程手術(shù)工作站，可允許醫(yī)生在異地通過(guò)微波通訊來(lái)完成可移動(dòng)部隊(duì)醫(yī)院(mobile army surgical hospital，MASH)的手術(shù)[11]。2001年，美國(guó)Computer Motion 公司在Zeus系統(tǒng)基礎(chǔ)上，將主從系統(tǒng)分離并引入網(wǎng)絡(luò)通信以及安全機(jī)制，成功開(kāi)發(fā)了Zeus遠(yuǎn)程手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)[12]。該系統(tǒng)成功應(yīng)用于全球第一次跨大西洋遠(yuǎn)程機(jī)器人膽囊切除手術(shù)——林白手術(shù)[3]。當(dāng)時(shí)，法國(guó)電信公司鼎力配合，采用平均155 ms延時(shí)的高速光纖網(wǎng)絡(luò)與異步傳輸器和Zeus系統(tǒng)連接使得手術(shù)順利完成。2003年，日本東京大學(xué)開(kāi)發(fā)了面向遠(yuǎn)程腹腔微創(chuàng)手術(shù)的機(jī)器人系統(tǒng)[13]，并借助這套系統(tǒng)完成了日本與韓國(guó)[14]以及日本與泰國(guó)[15]之間的實(shí)驗(yàn)豬膽囊切除手術(shù)。

國(guó)內(nèi)的科研機(jī)構(gòu)也開(kāi)展了遠(yuǎn)程機(jī)器人系統(tǒng)研究。2003年，海軍總醫(yī)院利用黎元手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)完成了中國(guó)首次腦外科異地手術(shù)[16]。2006年，北京積水潭醫(yī)院利用自主研發(fā)的主從式機(jī)器人輔助脛骨髓內(nèi)釘內(nèi)固定手術(shù)系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程手術(shù)操作[17]，結(jié)果證實(shí)自主研發(fā)的遠(yuǎn)程骨科機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)安全有效。腦科手術(shù)和骨科手術(shù)相對(duì)于腹腔外科手術(shù)來(lái)說(shuō)，重要的是影像導(dǎo)航和定位，不需要全程非間斷的實(shí)時(shí)手術(shù)視頻傳輸遠(yuǎn)程操作，對(duì)網(wǎng)絡(luò)延時(shí)的要求不大，對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊笠膊桓?。?guó)內(nèi)關(guān)于遠(yuǎn)程腹腔微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)的研究則僅停留在技術(shù)研究及仿真階段[18]，未實(shí)施樣機(jī)開(kāi)發(fā)工作和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)等。

遠(yuǎn)程手術(shù)由于機(jī)器人主手和從手分離，數(shù)據(jù)指令、圖像等通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸。確保遠(yuǎn)程手術(shù)高效完成關(guān)鍵在于數(shù)據(jù)傳輸速度。網(wǎng)絡(luò)延時(shí)嚴(yán)重影響手術(shù)操作；短暫的數(shù)據(jù)傳輸延時(shí)導(dǎo)致手術(shù)時(shí)間較實(shí)際用時(shí)明顯增加[19-20]。由于延時(shí)隨時(shí)間變化，容易發(fā)生數(shù)據(jù)包的亂序，從而導(dǎo)致機(jī)器人操作手運(yùn)動(dòng)發(fā)生抖動(dòng)現(xiàn)象，甚至造成機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的不穩(wěn)定。針對(duì)遠(yuǎn)程機(jī)器人手術(shù)所涉及的主要問(wèn)題，包括時(shí)變網(wǎng)絡(luò)所導(dǎo)致的數(shù)據(jù)包亂序、丟包、高清三維(three dimension，3D)圖像合成及傳輸?shù)冗M(jìn)行探討和研究，進(jìn)而提出了一套完整的3D高清立體視覺(jué)的遠(yuǎn)程微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方法。第二炮兵總醫(yī)院機(jī)器人外科實(shí)驗(yàn)室和天津大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院開(kāi)展醫(yī)工結(jié)合研究，搭建相應(yīng)的軟硬件平臺(tái)，并對(duì)其進(jìn)行大量模擬實(shí)驗(yàn)研究[7]，最終在國(guó)內(nèi)首次成功地實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人腹部外科遠(yuǎn)程手術(shù)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)成功后中國(guó)醫(yī)藥報(bào)[21]和中國(guó)軍網(wǎng)等相關(guān)媒體進(jìn)行了報(bào)道，相關(guān)網(wǎng)站進(jìn)行了轉(zhuǎn)載。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明妙手S系統(tǒng)經(jīng)商用網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程手術(shù)操作安全可行，不需要像林白手術(shù)那樣建設(shè)專用網(wǎng)絡(luò)專線，大大減少了費(fèi)用，同時(shí)可通過(guò)目前發(fā)達(dá)的商用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)大規(guī)模建立機(jī)器人手術(shù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。系統(tǒng)不僅保持了原始本地系統(tǒng)的完整性，而且開(kāi)發(fā)周期短、消耗經(jīng)費(fèi)少。天津至北京的遠(yuǎn)程手術(shù)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，所開(kāi)發(fā)遠(yuǎn)程控制平臺(tái)主從控制性能良好，可進(jìn)一步根據(jù)手術(shù)精度和靈活度的需求開(kāi)展更先進(jìn)的遠(yuǎn)程手術(shù)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)。后續(xù)研究工作包括完善系統(tǒng)功能，增強(qiáng)系統(tǒng)安全性保障，防止黑客攻擊等，開(kāi)發(fā)遠(yuǎn)程高速3D視頻壓縮解壓縮傳輸，減少網(wǎng)絡(luò)延時(shí)，同時(shí)進(jìn)行更復(fù)雜的遠(yuǎn)程手術(shù)測(cè)試。此外，目前的國(guó)產(chǎn)機(jī)器人器械有待進(jìn)一步完善，目前條件尚不能完成肝葉、肝段切除等復(fù)雜操作。

開(kāi)發(fā)遠(yuǎn)程手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)具有深遠(yuǎn)的現(xiàn)實(shí)意義。首先，由于地域和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的影響，不同地區(qū)的外科手術(shù)質(zhì)量是不一樣的，遠(yuǎn)程手術(shù)既可以節(jié)省就醫(yī)時(shí)間與費(fèi)用，也可以使落后地區(qū)人民享受到發(fā)達(dá)地區(qū)甚至發(fā)達(dá)國(guó)家的醫(yī)療技術(shù)服務(wù)。其次，醫(yī)生借助遠(yuǎn)程手術(shù)機(jī)器人可為戰(zhàn)場(chǎng)上的傷員[22]和災(zāi)區(qū)的病人提供手術(shù)救治。尤其在我國(guó)，地域遼闊且存在東西部地區(qū)醫(yī)療資源嚴(yán)重分布不均，對(duì)該技術(shù)存在更為特殊的需求，充分應(yīng)用該技術(shù)將有助于緩解我國(guó)醫(yī)療資源分布不均的現(xiàn)狀，有效解決病人就醫(yī)難的實(shí)際問(wèn)題。

Lindbergh手術(shù)為全世界遠(yuǎn)程手術(shù)的發(fā)展開(kāi)創(chuàng)了先河[3]。這也使得太空手術(shù)夢(mèng)想成為可能，實(shí)現(xiàn)這一夢(mèng)想的關(guān)鍵問(wèn)題是如何保證宇宙空間數(shù)據(jù)有效傳輸、失重環(huán)境下手術(shù)操作以及手術(shù)設(shè)備的小型化便攜化[23]。2007年，第一例失重狀態(tài)下遠(yuǎn)程手術(shù)在美國(guó)國(guó)家航空航天局C-9宇宙飛船上采用斯坦福國(guó)際研發(fā)中心研制的M7輕巧便攜機(jī)器人手術(shù)裝置進(jìn)行了驗(yàn)證[24]。同年，華盛頓大學(xué)研發(fā)的Raven機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)成功重復(fù)了上述試驗(yàn)[25]。開(kāi)展國(guó)產(chǎn)手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)太空手術(shù)研究是進(jìn)一步的目標(biāo)。

致 謝：感謝天津大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院高元倩博士、蘇赫博士、梁科博士、劉玉亮工程師等為國(guó)產(chǎn)機(jī)器人妙手S系統(tǒng)遠(yuǎn)程手術(shù)實(shí)驗(yàn)提供工程技術(shù)支持。感謝第二炮兵總醫(yī)院肝膽外科來(lái)龍祥、成娣、雷磊、賈薇薇、沙小琪等醫(yī)師，麻醉科隋波、李冠華、吳海龍等醫(yī)師，手術(shù)室鞏燕、郭傳真、倪子瀟、劉娜等護(hù)士參與配合本實(shí)驗(yàn)的工作。周寧新教授設(shè)計(jì)指導(dǎo)了本實(shí)驗(yàn)，謹(jǐn)以此文深切緬懷。

1 Micali S,Virgili G,Vannozzi E,et al.Feasibility of telementoring between Baltimore(USA) and Rome(Italy): the first five cases.Endo Urol,2000,14:493-496.DOI:10.1089/end.2000.14.493.

2 Cheah WK,Lee B,Lenzi JE,et al.Telesurgical laparoscopic cholecystectomy between two countries.Surg Endosc,2000,14:1085.DOI:10.1007/s004640000099.

3 Marescaux J,Leroy J,Gagner M,et al.Transatlantic robot-assisted telesurgery.Nature,2001,413:379-380.DOI: 10.1038/35096636.

4 Wang W,Li J,Wang S,et al.System design and animal experiment study of a novel minimally invasive surgical robot.Int J Med Robot,2016,12:73-84.DOI:10.1002/rcs.1658.

5 Yi B,Wang G,Li J,et al.The first clinical use of domestically produced Chinese minimally invasive surgical robot system “Micro Hand S”.Surg Endosc,2016,30:2649-2655.DOI:10.1007/s00464-015-4506-1.

6 Stark M,Pomati S,D’Ambrosio A,et al.A new telesurgical platform--preliminary clinical results.Minim Invasive Ther Allied Technol,2015,24:31-36.DOI:10.3109/13645706.2014.1003945.

7 王樹(shù)新,劉玉亮,李進(jìn)華,等.腹腔微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人遠(yuǎn)程控制平臺(tái)開(kāi)發(fā)及實(shí)驗(yàn).天津大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)與工程技術(shù)版),2015,48:1041-1049.

8 Marescaux J,Rubino F.The ZEUS robotic system: experimental and clinical applications.Surg Clin North Am,2003,83:1305-1315.DOI:10.1016/S0039-6109(03)00169-5.

9 Sang H,Wang S,Li J,et al.Control design and implementation of a novel master-slave surgery robot system,MicroHand A.Int J Med Robot,2011,7:334-347.DOI:10.1002/rcs.403.

10Jeelani S,Dany A,Anand B,et al.Robotics and medicine: A scientific rainbow in hospital.J Pharm Bioallied Sci,2015,7:S381-383.DOI: 10.4103/0975-7406.163460.

11Satava RM.Virtual reality and telepresence for military medicine.Ann Acad Med Singapore,1997,26:118-120.

12Butner SE,Ghodoussi M.A real-time system for telesurgery.21st International Conference on Distributed Computing System.Mesa,AZ,2001.236-243.

13Mitsuishi M,Arata J,Tanaka K,et al.Development of a remote minimally-invasive surgical system with operational environment transmission capability// Proceedings of the 2003 IEEE International Conference on Robotics and Automation.Taipei,China,2003.2663-2670.

14Arata J,Takahashi H,Pitakwatchara P,et al.A remote surgery experiment between Japan-Korea using the minimally invasive surgical system// International Conference on Robotics and Automation.Orlando,Florida,USA,2006:257-262.

15Arata J,Takahashi H,Pitakwatchara P,et al.A remote surgery experiment between Japan and Thailand over Internet using a low latency CODEC system// International Conference on Robotics and Automation.Roma,Italy,2007.953-959.

16唐粲,王田苗,丑武勝,等.腦外科機(jī)器人控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn).機(jī)器人,2004,26:543-552.

17王軍強(qiáng),趙春鵬,胡磊,等.遠(yuǎn)程外科機(jī)器人輔助脛骨髓內(nèi)釘內(nèi)固定系統(tǒng)的初步應(yīng)用.中華骨科雜志,2006,26: 682-686.

18Gao Yuanqian,Li Jinhua,Su He,et al.Development of a teleoperation system based on virtual environment//International Conference on Robotics and Biomimetics.Phuket,Thailand,2011.766-771.

19Lum MJ,Rosen J,King H,et al.Teleoperation in surgical robotics network latency effects on surgical performance.Conf Proc IEEE Eng Med Biol Soc,2009.6860-6863.

20Perez M,Xu S,Chauhan S,et al.Impact of delay on telesurgical performance: study on the robotic simulator dV-Trainer.Int J Comput Assist Radiol Surg,2016,11:581-587.DOI: 10.1007/s11548-015-1306-y.

21莫鵬.首例機(jī)器人輔助遠(yuǎn)程微創(chuàng)手術(shù)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)完成.中國(guó)醫(yī)藥報(bào),2015-08-05.

22Garcia P,Rosen J,Kapoor C,et al.Trauma Pod:a semi- automated telerobotic surgical system.Int J Med Robot,2009,5:136-146.DOI:10.1002/rcs.238.

23Haidegger T,Sándor J,Benyó Z.Surgery in space:the future of robotic telesurgery.Surg Endosc,2011,25:681-690.DOI: 10.1007/s00464-010-1243-3.

24Doarn CR,Anvari M,Low T,et al.Evaluation of teleoperated surgical robots in an enclosed undersea environment.Telemed J E Health,2009,15:325-335.DOI: 10.1089/tmj.2008.0123.

25Lum MJ,Rosen J,King H,et al.Telesurgery via Unmanned Aerial Vehicle (UAV) with a field deployable surgical robot.Stud Health Technol Inform,2007,125:313-315.

Experiments of telesurgery using domestic surgical Robotic MicroHand S system

LiAimin*,LiJinhua,LiJianmin,ZhangTao,YangRuilin,XingYuan,LiuQuanda,WangShuxin.

*DepartmentofHepatobiliarySurgery,RocketForcesGeneralHospital,Beijing100088,China

Correspondingauthor:LiuQuanda,Email:liuquanda@sina.com；WangShuxin，Email：shuxinw@tju.edu.cn

Objective To verify the safety,stability and validity of the self-developed MicroHand S robotic surgical system in telesurgery.Methods The master-slave MicroHand S system has been deconstructed into a master console and several assisted robotic arms and further set in different venues.The master console has been settled in the robot laboratory of School of Mechanical Engineering of Tianjin University,and the assisted manipulation arms have been placed in the visual surgery lab of General Hospital of PLA Second Artillery (now renamed Rocket Forces General Hospital) in Beijing.Through the internet,several telesurgeries have been successfully performed like cholecystectomy,suture of gastric perforation and hepatic wedge resection by remote control in Tianjin and assistant manipulation in Beijing.The distance between Tianjin and Beijing is 118 km.Results The implementation of animal (porcine) experiments in the remote cholecystectomy,suture of gastric perforation and hepatic wedge resection has been considered as the first success of abdominal telesurgery in China.Operation time for cholecystectomy,suture for gastric perforation and liver wedge resection was 50 min,20 min and 30 min respectively,with estimated blood loss of 5,0 and 15 mL respectively.After dissecting the Calot triangle,the cholecystic duct,cholecystic artery and common bile duct were confirmed.The cholecystic duct was cut and the cholecyst was removed from the liver carefully,avoiding injury of liver,right hepatic bile duct and right hepatic artery.The 2-0 mersilk was used for suture of gastric perforation,with three whole layer interrupted sutures.Liver wedge resection was performed from the edge of liver,2 cm 1 cm hepatic tissue acquired.No injury of peripheral organs occurred during the operation.There were time delays in the operation process and the delays were less than 250 ms averagely.All the telesurgeries have been conducted smoothly with no obvious robotic jitters and other systemic errors.Conclusions The self-developed MicroHand S robotic surgical system is safe,stable and feasible in the abdominal use of remote operations.

Robotics; Telesurgery; Telemedicine; Cholecystectomy; Minimally invasive surgery； Poricine

·論 著·(實(shí)驗(yàn)研究)

國(guó)家國(guó)際科技合作專項(xiàng)項(xiàng)目(2014DFA70710)；國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51405339)

100088 北京，火箭軍總醫(yī)院肝膽外科(李愛(ài)民、張濤、劉全達(dá))；天津大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院(李進(jìn)華、李建民、楊瑞林、邢元、王樹(shù)新)

劉全達(dá)，Email：liuquanda@sina.com；王樹(shù)新，Email：shuxinw@tju.edu.cn

R615

A

10.3969/j.issn.1003-5591.2016.06.019

2016-09-20)