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医疗机器人:未来第二大机器人发展现状与应用前景

2017-04-15 08:51
九一隐士
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腹腔镜设备本身无法提供触觉反馈(力和触觉),也没法让手眼实现自然协调和灵巧操作。在观看二维视频监视器的同时移动腹腔镜仪器,也有些违反直觉。另外,操作时仪器要与显示器上所瞄准目标相反的方向移动。这些都让腹腔镜的优点难以发挥,而为了克服这些限制,也就推动了手术机器人的发展。

手术机器人的首次使用,是1985年的PUMA 560,它可以精确控制神经外科活检。三年后的1988年,PUMA 560被用在了前列腺手术中。该系统也促成了PROBOT的出现,它是一个专门为前列腺手术设计的系统。

在PROBOT开发的同时,Integrated Surgical Supplies也在开发另一款机器人。1992年ROBODOC诞生,这一机器人可协助外科医生进行了全髋关节置换手术,它也是第一个获得FDA批准的手术机器人。

同样是在20世纪80年代中后期,美国国家航空航天局NASA的Ames研究中心的一组成员在研究虚拟现实技术时,对使用这种技术开发远程呈现(telepresence)手术生起了兴趣。这种远程外科手术的概念也成为手术机器人发展背后的主要动力之一。

在90年代初,Ames团队的几位科学家加入了斯坦福研究所SRI。与SRI的其他机器人以及虚拟现实专家合作,这些研究者开发了一种用于手术的灵巧的远程手术操作器。他们的主要设计目标之一,是给外科医生提供直接在患者身上进行手术的感觉,而不是像在其它房间做手术。

在开发这些机器人的过程中,一些普通外科医生和内镜医师也加入了开发团队,并意识到,这些系统在改善常规腹腔镜手术的局限性方面具有很大的潜力。

另一方面,美军也注意到了SRI的工作,并对通过远程呈现“将外科医生带到受伤士兵身边”,降低战时死亡率的可能性很感兴趣。在美军资助下,研究人员设计了一种系统,其中受伤的士兵会被放入配备了机器人手术设备的车辆中,然后由附近的移动高级外科医院(MASH)的外科医生远程操作手术。

这套系统备受期待,很可能防止士兵在到达医院前过度失血,从而减少战时死亡率。该系统已经在动物模型上取得成功,但还没经过实际战场伤员护理测试。

后来,几位为在美军开发手术机器人系统的外科医生和工程师,成立了一家商业公司Computer Motion,开始将机器人技术引入民用手术领域。值得注意的是,这家公司获得了美军的种子资金,并开发出了自动内窥镜优化定位系统(AESOP),这是一种由外科医生控制的机器人手臂,用于操纵内窥镜摄像机。

AESOP上市后不久,Integrated Surgical Systems公司(也就是现在的Intuitive Surgical)获得了SRI Green Telepresence Surgery手术系统的授权。然后他们对该系统进行了广泛的重新设计,并最终成为了达芬奇手术系统。2000年,达芬奇机器人获得FDA批准,成为第一个综合腹腔镜手术机器人系统。

达芬奇手术系统主要包括三个部分:手术控制台、控制系统以及机械臂。医生坐在手术控制台上对电脑做出相应的指令,摄像头提示人体器官里面的相应情况,医生依据这些反馈信息做出手术决策。

在达芬奇诞生后的一年中,Computer Motion的Zeus系统也投入生产。手术机器人系统此后一段时间的发展,基本由上述两家公司主导。此后在2003年,Intuitive Surgical收购了Computer Motion,Zeus系统也不再积极销售。

手术的发展一样,其它类型的机器人,如假肢和外骨骼等,也有了巨大的进步。

通用电气则在上世纪60年代就开发了第一个外骨骼装置。它被称为Hardiman,是一个液压和电动机身的穿戴设备。由于它太重了,都无法用于军事用途。现在这一领域也涌现出了了ReWalk等一系列公司。

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