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曹其新:遥操作技术在手术机器人中的应用研究

由中国高科技行业门户OFweek维科网主办的“OFweek 2020中国医疗科技在线论坛”于4月21日在线上正式举办。

本次论坛全面探讨了机器人、AI、5G、大数据、物联网等新兴技术与医疗产业的深度融合,并对医疗科技产业的创新和发展前景做出了前瞻性展望。让在线观众足不出户即可透视医疗行业尖端现状,把握医疗产业发展动向。

上海交大生物医学制造与生命质量工程研究所所长曹其新教授在线上分享了《遥操作技术在手术机器人中应用研究》的主题演讲。下面就带大家一起了解遥操作技术如何在手术机器人领域大放光彩。

社会5.0,遥操作技术如何在手术机器人领域大放光彩?

(图片来自OFweek维科网,下同)

要了解要操作技术的应用首先需要理清机器人的发展历程。机器人最早产生于1959年,由约瑟夫?恩格尔伯格开发而成。此后,丰田将机器人技术带入日本,不断发展,成为了全球排名第一的机器人生产厂商。曹其新教授表示,五年前,机器人在中国的销量已达到全球第一。目前,机器人已经成为了人们社会生活的重要部分。

随着机器人在医疗手术应用上不断加深,曹其新教授表示,与人工手术相比,目前手术机器人具有一些特殊优势。最早的手术机器人诞生于1985年的美国,适用于脑组织活检。自此之后,手术机器人迅速火爆,全球各地开启了对各式各样的手术机器人开发工作。

手术机器人开发市场广阔,而达芬奇机器人手术系统极具代表性,曹其新教授分析道,该系统充分结合了美国航天航空局和众多研究机构开发的先进技术,是当今世界较好的外科手术机器人。

随着机器人在医疗手术应用上不断加深,曹其新教授表示,与人工手术相比,目前手术机器人的特殊优势在于:它对患处的操作更为精确,能够减少患者痛楚;能够减轻医生负担,降低手术人员需求;操作灵活,不用实地接触就能够进行手术,可以将医生的作用放大。在新冠肺炎疫情期间,手术机器人若能够应用到实际手术,就能解决医生因穿戴防护服而无法操作手术的窘境。

随着科学技术的发展和医疗事业对手术技术要求的不断提高,原本在深空探索、深海探测、核电站维护和排除爆炸物等极端危险生产环境使用的遥操作技术也被应用到手术机器人的研发当中,并成为了相辅相成的存在。遥操作技术应用于手术机器人可以作为医生的辅助,提高其手术质量,减轻其工作强度。

曹其新教授进一步提到,目前遥操作机器人技术共有三种:一是主从同构遥操作位姿控制;二是主从异构遥操作位姿控制;三是主从异构遥操作力觉控制。现今市面上大多数遥操作机器人都没有力觉控制的设计,亟待开发研制。

社会5.0,遥操作技术如何在手术机器人领域大放光彩?

除此之外,还需要掌握遥操作控制的三大要素:第一,主从遥操作控制算法,将主操作手的运动转化为从端手术机器人的运动;第二,主从延迟和主从控制精度,主从延迟影响控制手感控制精度决定能否胜任精细任务;第三,主从力反馈算法,力反馈增强医生实际操作感。

作为当今时代医疗科技开发工作者,拥有充足的原理基础便能够进行遥操作机器人开发工作,医疗器械的开发基本上分为四个阶段:一,理论知识储备,即基础研究阶段;二,面向实用化和应用化的研究,即制品开发,研制出样品;三,非临床的验证阶段,即进行各种性能试验,保证产品功能;最后,临床研究阶段,产品应用于人身,作为医生的辅助工具治疗病患。

遥操作技术归根结底是一种以医生为中心,以机器人为辅助的流程。关于遥操作技术在我国的实践,曹教授也带来了他们珍贵的研究成果,如:脊柱钻孔机器人系统、脊柱精皮穿刺手术机器人系统、机械臂辅助髋关节镜手术系统、“蛟龙”多孔微创腔镜手术机器人、“蛟龙”单孔手术机器人系统、气管插管手术与取痰机器人等等。

总之,随着机器人从工厂进入社会,特别是老龄化、社会5.0时代的到来,社会对服务机器人需求大幅上升。医疗机器人产业将成为一个蓝海,手术机器人将成为引领。特别是疫情之后对医疗设备的大量刚需,尤其需要操作技术和人机融合,更是给基于遥操作技术的手术机器人提供了绝佳的发展机遇。

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