傳統(tǒng)外科手術(shù)當(dāng)中，外科醫(yī)生結(jié)合經(jīng)驗(yàn)、肌肉記憶力和他們的觸覺的就可以本能地確定執(zhí)行每個(gè)手術(shù)步驟恰當(dāng)?shù)氖中g(shù)器械和手法。隨著他們做了越來越多的外科手術(shù)，能積累更多有實(shí)踐意義的經(jīng)驗(yàn)。所以，當(dāng)外科醫(yī)生走到手術(shù)臺(tái)前并拿起器械時(shí)，他們已經(jīng)憑借經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)確定了完成手術(shù)所需的正確切口位置和恰當(dāng)?shù)牧Χ取?/P>

　　背景介紹

　　外科醫(yī)生憑借他們的知識(shí)和直覺進(jìn)行手術(shù)的能力使他們成為各自領(lǐng)域的高效專家。通過利用他們的經(jīng)驗(yàn)和感官，外科醫(yī)生實(shí)際上可以憑感覺進(jìn)行操作，并且可以在操作過程中進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整。

　　由于機(jī)器人等其他自動(dòng)化設(shè)備功能非常有限，使得手術(shù)機(jī)器人執(zhí)行在患者身上的手術(shù)非常具有挑戰(zhàn)性。機(jī)器人本身沒有記憶或感覺，幾乎沒有提供動(dòng)態(tài)控制或主動(dòng)協(xié)助的功能。但是，借助ATI的力/扭矩傳感器等尖端技術(shù)，機(jī)器人可以感知周圍環(huán)境并執(zhí)行更多的復(fù)雜任務(wù)。

　　范德堡大學(xué)是先進(jìn)機(jī)器人和機(jī)械應(yīng)用(ARMA)實(shí)驗(yàn)室的所在地，該實(shí)驗(yàn)室由Nabil Simaan教授領(lǐng)導(dǎo)。ARMA實(shí)驗(yàn)室是這所大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院的一部分，專注于醫(yī)療領(lǐng)域的先進(jìn)機(jī)器人研究，希望通過機(jī)器人手術(shù)來減少病人的不適和縮短恢復(fù)時(shí)間。

　　他們的研究方向之一是通過在控制、反饋等各個(gè)方面連接手術(shù)機(jī)器人和醫(yī)生使用的遠(yuǎn)程主控制器。他們希望通過減少機(jī)器人手術(shù)的不確定性來實(shí)現(xiàn)更高水平的醫(yī)療服務(wù)。

　　解決方案

　　當(dāng)今的外科手術(shù)機(jī)器人在很大程度上依靠人工接入，即使機(jī)器人正在操作工具并接觸患者，他們?nèi)匀恍枰熬幊獭眮碇朗褂媚膫€(gè)工具，把它放在哪里，什么時(shí)候切割，使用多大的力，等等。除了本身需要?jiǎng)邮中g(shù)之外，外科醫(yī)生還遠(yuǎn)程管理手術(shù)當(dāng)中的所有變量，這使得機(jī)器人手術(shù)非常繁瑣。

　　ARMA解決方案彌補(bǔ)了

　　遠(yuǎn)程控制與手術(shù)機(jī)器人之間缺失的關(guān)鍵一環(huán)

　　ARMA研究人員致力于使機(jī)器人成為手術(shù)發(fā)揮更大的作用，以幫助彌補(bǔ)外科醫(yī)生與手術(shù)創(chuàng)面因?yàn)檫b操作產(chǎn)生的隔絕。

　　通過逆向工程為外科醫(yī)生增加觸覺是一個(gè)相當(dāng)大的挑戰(zhàn)。外科醫(yī)生靠感覺工作，這意味著執(zhí)行手術(shù)所需的接觸力的確切數(shù)量是未知的。Simaan博士及其團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種交互式模型，該模型可以通過ATI的六維力和力矩傳感器的反饋來測(cè)量和控制接觸力。

　　他們?cè)O(shè)計(jì)的模型解讀了從模擬機(jī)器人手術(shù)中收集到的接觸力信息。該應(yīng)用程序包括DaVinciResearch Kit機(jī)械臂，ATI 的Gamma六維力和力矩傳感器和由仿生硅材料制成的“病人”。當(dāng)外科醫(yī)生執(zhí)行手術(shù)時(shí)，機(jī)器人施加在硅模型上的力和力矩會(huì)被實(shí)時(shí)捕捉，從而在一定程度上反映病人的感受。

　　事實(shí)上，我們不能在人體內(nèi)部放置一個(gè)力傳感器來收集這些數(shù)據(jù)。然而，ARMA應(yīng)用程序確實(shí)補(bǔ)上了遠(yuǎn)程主控制器和手術(shù)機(jī)器人之間缺失的一環(huán)。通過開發(fā)預(yù)測(cè)模型，外科醫(yī)生可以感知這個(gè)過程對(duì)患者身體的影響。ATI的F/T傳感器同時(shí)捕獲全部6個(gè)自由度的數(shù)據(jù)，從而可以實(shí)現(xiàn)高度準(zhǔn)確，精確的位置數(shù)據(jù)，從而渲染出真實(shí)的模型。在整個(gè)模擬過程中，力和力矩?cái)?shù)據(jù)會(huì)實(shí)時(shí)更新，模型會(huì)根據(jù)力和力矩的變化進(jìn)行調(diào)整。通過模擬實(shí)驗(yàn)，研究團(tuán)隊(duì)深入了解了外科手術(shù)的作用力和扭矩如何影響患者，從而有助于量化以前只能粗略感覺的接觸力。

　　ATI六維力和力矩傳感器給了外科醫(yī)生

　　實(shí)時(shí)“觸覺”感知

　　準(zhǔn)確了解機(jī)器人如何與有關(guān)力和扭矩的人體結(jié)構(gòu)相互作用，可以使外科手術(shù)機(jī)器人具有更復(fù)雜的功能。例如，ATI的F/T傳感器可以集成在手術(shù)機(jī)器人的機(jī)器人端，以監(jiān)測(cè)和控制機(jī)器人手術(shù)的接觸力。有了觸覺反饋，傳感器就像外科醫(yī)生手上的一個(gè)虛擬裝置。這將有助于簡(jiǎn)化外科醫(yī)生的注意力，并防止對(duì)病人施加過多的壓力。

　　ATI Gamma六維力和力矩傳感器ARMA通過利用機(jī)器人和力傳感技術(shù)，使外科手術(shù)機(jī)器人在這一過程中發(fā)揮更加積極的作用。ATI 六維力和力矩傳感器提供的接觸力數(shù)據(jù)與機(jī)器人的能力相結(jié)合，可以執(zhí)行要求苛刻的高精度，高重復(fù)精度的任務(wù)，幫助外科醫(yī)生在機(jī)器人手術(shù)期間保持觸覺反饋。

　　關(guān)于ARMA更多介紹

　　A.R.M.A.是高級(jí)機(jī)器人與機(jī)械應(yīng)用研究實(shí)驗(yàn)室。ARMA專注于高級(jí)機(jī)器人技術(shù)研究，包括醫(yī)學(xué)應(yīng)用的機(jī)器人技術(shù)，機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，控制和遠(yuǎn)程操縱。專注于需要新穎的設(shè)計(jì)解決方案并需要對(duì)設(shè)計(jì)建模和控制做出貢獻(xiàn)的技術(shù)。ARMA在先進(jìn)的醫(yī)療技術(shù)機(jī)器人技術(shù)方面處于領(lǐng)先地位，包括用于外科手術(shù)的高靈敏蛇狀機(jī)器人，用于耳蝸植入手術(shù)的可控電極陣列，用于單端口進(jìn)入手術(shù)和自然孔手術(shù)的機(jī)器人。成功案例包括授權(quán)給行業(yè)的蛇形機(jī)器人技術(shù)，視網(wǎng)膜微手術(shù)技術(shù)(導(dǎo)致AURIS Surgical Robotics Inc.成立)，IREP單端口手術(shù)機(jī)器人(已獲得Titan Medical Inc.許可并用作研究) Titan SPORT(單孔口機(jī)器人技術(shù))的原型。

（轉(zhuǎn)載）