達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)

周天綺 朱超挺 石峰

摘 要： 達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)作為目前世界上最復(fù)雜和最昂貴的外科手術(shù)系統(tǒng)之一，結(jié)合我?！痘ヂ?lián)網(wǎng)時(shí)代的智慧醫(yī)療》課程的教學(xué)實(shí)踐，從達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)的組成入手，分析達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)及其應(yīng)用，使學(xué)生對(duì)達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)有一個(gè)整體的認(rèn)知，為后續(xù)深入學(xué)習(xí)智慧醫(yī)療打下基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng);結(jié)構(gòu);特征;應(yīng)用

0 引言

達(dá)芬奇機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)以麻省理工學(xué)院研發(fā)的機(jī)器人外科手術(shù)技術(shù)為基礎(chǔ)。Intuitive Surgical隨后與IBM、麻省理工學(xué)院和Heartport公司聯(lián)手對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行了進(jìn)一步開(kāi)發(fā)。達(dá)芬奇外科手術(shù)系統(tǒng)是一種高級(jí)機(jī)器人平臺(tái)，其設(shè)計(jì)的理念是通過(guò)使用微創(chuàng)的方法，實(shí)施復(fù)雜的外科手術(shù)。達(dá)芬奇系統(tǒng)是世界上僅有的、可以正式在腹腔手術(shù)中使用的機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)，也是目前最復(fù)雜和最昂貴的外科手術(shù)系統(tǒng)之一。本文結(jié)合我?！痘ヂ?lián)網(wǎng)時(shí)代的智慧醫(yī)療》課程中的達(dá)芬奇機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)教學(xué)實(shí)踐，圍繞達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)開(kāi)展教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)。

1 達(dá)芬奇機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)的組成

達(dá)芬奇機(jī)器人由三部分組成：外科醫(yī)生控制臺(tái)、床旁機(jī)械臂系統(tǒng)、成像系統(tǒng)。

（1）外科醫(yī)生控制臺(tái)

外科醫(yī)生控制臺(tái)是達(dá)芬奇機(jī)器人系統(tǒng)的控制中心，由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、監(jiān)視器、控制手柄、腳踏控制板及輸出設(shè)備組成。外科醫(yī)生控制臺(tái)的操作者坐在消毒區(qū)域以外，通過(guò)使用控制手柄來(lái)控制手術(shù)器械和立體腔鏡。術(shù)者通過(guò)雙手動(dòng)作傳動(dòng)手術(shù)臺(tái)車(chē)上仿真機(jī)械臂完成各種操作，從而達(dá)到術(shù)者的手在患者體內(nèi)做手術(shù)的效果。同時(shí)可通過(guò)聲控、手控或踏板控制腹腔鏡。術(shù)者雙腳置于腳踏控制板上配合完成電切、電凝等相關(guān)操作。達(dá)芬奇機(jī)器人系統(tǒng)讓術(shù)者在微創(chuàng)的環(huán)境里可以達(dá)到開(kāi)放手術(shù)的靈活性。

（2）成像系統(tǒng)

成像系統(tǒng)（Video Cart）內(nèi)裝有外科手術(shù)機(jī)器人的核心處理器以及圖象處理設(shè)備，在手術(shù)過(guò)程中位于無(wú)菌區(qū)外，可由巡回護(hù)士操作，并可放置各類(lèi)輔助手術(shù)設(shè)備。外科手術(shù)機(jī)器人的內(nèi)窺鏡為高分辨率三維（3D）鏡頭，對(duì)手術(shù)視野具有10倍以上的放大倍數(shù)，能為主刀醫(yī)生帶來(lái)患者體腔內(nèi)三維立體高清影像，使主刀醫(yī)生較普通腹腔鏡手術(shù)更能把握操作距離，更能辨認(rèn)解剖結(jié)構(gòu)，提升了手術(shù)精確度。

（3）床旁機(jī)械臂系統(tǒng)

床旁機(jī)械臂系統(tǒng)（Patient Cart）是外科手術(shù)機(jī)器人的操作部件，其主要功能是為器械臂和攝像臂提供支撐。助手醫(yī)生在無(wú)菌區(qū)內(nèi)的床旁機(jī)械臂系統(tǒng)邊工作，負(fù)責(zé)更換器械和內(nèi)窺鏡，協(xié)助主刀醫(yī)生完成手術(shù)。為了確?；颊甙踩轴t(yī)生比主刀醫(yī)生對(duì)于床旁機(jī)械臂系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)具有更高優(yōu)先控制權(quán)

2 結(jié)構(gòu)分析

外科醫(yī)生控制臺(tái)：系統(tǒng)的大腦中區(qū)，通過(guò)主治醫(yī)生的控制，通過(guò)程序轉(zhuǎn)化為指令傳輸?shù)綑C(jī)械臂，使之相應(yīng)動(dòng)作。

床旁機(jī)械臂系統(tǒng)：使用固定機(jī)構(gòu);手臂機(jī)構(gòu)為關(guān)節(jié)型手臂機(jī)構(gòu)和機(jī)器人手腕機(jī)構(gòu);傳動(dòng)裝置為連桿傳動(dòng)和流體傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。是主要的機(jī)械工作部位，整個(gè)系統(tǒng)最重要部分。

成像系統(tǒng)：整個(gè)系統(tǒng)中的傳感部分是機(jī)器人視覺(jué)的表現(xiàn)。通過(guò)腔鏡臂將手術(shù)實(shí)時(shí)的圖像傳輸?shù)街髌聊?，并使用高清三維顯示。

達(dá)芬奇手術(shù)系統(tǒng)集成了高端運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)，這樣機(jī)器手臂的每個(gè)動(dòng)作都能像熟練的外科醫(yī)生一樣順暢、準(zhǔn)確——即便在很慢的計(jì)算速度下。每個(gè)達(dá)芬奇HD系統(tǒng)包含有30多個(gè)由馬克森精密電機(jī)公司生產(chǎn)的電機(jī)。這些電機(jī)是每個(gè)機(jī)械手臂的心臟。

3 機(jī)械手臂特點(diǎn)

機(jī)械手可以模擬人手各種操作，動(dòng)作的自由度高達(dá)7度，包括臂關(guān)節(jié)上下，前后自由運(yùn)動(dòng)與仿真手腕的左右旋轉(zhuǎn)，開(kāi)合，末端關(guān)節(jié)彎曲共7種動(dòng)作，可作沿垂直軸360°和水平軸270°旋轉(zhuǎn)，且每個(gè)關(guān)節(jié)活動(dòng)度大于90°。尤其在進(jìn)行深部操作時(shí)，機(jī)械手動(dòng)作靈活，體積小巧，與開(kāi)放手術(shù)的人手操作相比具有顯著優(yōu)勢(shì)。

由于達(dá)芬奇機(jī)器人的機(jī)械手擁有7個(gè)自由度，具有人手無(wú)法企及的精確性?！斑_(dá)芬奇”還可以過(guò)濾人手的抖動(dòng)，使得手術(shù)可以更精細(xì)。此外，機(jī)器人手術(shù)還具有移動(dòng)縮減功能的特點(diǎn)，也就是說(shuō)醫(yī)生在操縱這一裝置的過(guò)程中，移動(dòng)操作桿5毫米，在患者體內(nèi)的機(jī)械末端僅移動(dòng)1毫米，這樣就大大提高了手術(shù)的精確性和安全性。

仿真接攜手配置了各種類(lèi)型的手術(shù)器械，可滿(mǎn)足抓持，鉗夾，縫合等各項(xiàng)操作要求。手術(shù)器械近百種，8毫米左右大小。

4 應(yīng)用

目前達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人的應(yīng)用范圍為心外科、尿外科、普通外科、肝膽外科、婦產(chǎn)科、胸外科等。在諸多科室中他都表現(xiàn)出優(yōu)越的性能，未來(lái)達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人會(huì)更多地普及到各個(gè)科室，完成各種手術(shù)。的全健康檔案，可以使患者得到更有針對(duì)性的治療方案。

結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)以上內(nèi)容的教學(xué)，學(xué)生對(duì)達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人有了較深的理解，為后續(xù)深入學(xué)習(xí)智慧醫(yī)療打下基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1] 揭開(kāi)“達(dá)芬奇”手術(shù)機(jī)器人的神秘面紗[EB/OL].https：//www.sohu.com/a/327225922_671272.2019-07-16.