【ZiDongHua 之創(chuàng)新自科文收錄關(guān)鍵詞： 雷克智能   術(shù)銳機(jī)器人   傳感器  智能手術(shù)  】

　　

　　術(shù)銳機(jī)器人：單孔技術(shù)創(chuàng)新填補(bǔ)國內(nèi)醫(yī)療領(lǐng)域空白

　　

　　我國常見的消化道腫瘤中，胃癌、結(jié)直腸癌分別位列第一、第二。不同于開腹手術(shù)的治療方式，單孔腔鏡機(jī)器人輔助下的腹腔鏡手術(shù)單一戳孔式創(chuàng)傷小、對(duì)臟器損傷弱、疤痕不明顯，是一種更新型的微創(chuàng)手術(shù)，又被稱為超級(jí)“鑰匙孔”手術(shù)，為胃腸道腫瘤患者帶來福音。

　　

　　7月19日，一場特殊的手術(shù)在上海瑞金醫(yī)院緊張進(jìn)行。69歲的張伯（化名）患有胃癌，趙任教授和團(tuán)隊(duì)對(duì)病人情況評(píng)估研討過后，決定采用國產(chǎn)機(jī)器人進(jìn)行手術(shù)。這是世界首例完全應(yīng)用中國國產(chǎn)單孔腔鏡機(jī)器人完成的遠(yuǎn)端胃癌根治術(shù)（畢-I式吻合），它的成功標(biāo)志著國產(chǎn)單孔手術(shù)機(jī)器人在普外科臨床應(yīng)用取得里程碑式的進(jìn)展，而術(shù)中所使用的單孔腔鏡手術(shù)機(jī)器人來自北京術(shù)銳機(jī)器人股份有限公司（以下簡稱“術(shù)銳機(jī)器人”）。

　　

　　

　　▲北京術(shù)銳機(jī)器人股份有限公司創(chuàng)始人、上海交通大學(xué)教授 徐凱

　　

　　中國首款單孔腔鏡機(jī)器人

　　

　　近年來，腹腔鏡技術(shù)在胃外科、結(jié)直腸外科、肝臟外科、胰腺外科等科室中多有應(yīng)用，并在一次次臨床實(shí)踐中逐步邁向規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化。微創(chuàng)腹腔鏡手術(shù)，是將內(nèi)窺鏡和手術(shù)器械置入體內(nèi)，將組織環(huán)境信息轉(zhuǎn)化為視頻信號(hào)傳輸至屏幕顯像，再通過冰凍病理、術(shù)中磁共振等技術(shù)觀察腫瘤細(xì)胞生長浸潤范圍，有的放矢地切除腫瘤組織，清掃癌灶引流區(qū)域的淋巴結(jié)。以腹腔鏡手術(shù)為代表的微創(chuàng)手術(shù)，雖然創(chuàng)口美觀，感染概率低，但存在手術(shù)視野小、復(fù)發(fā)概率大、人工操作難度系數(shù)高等痛點(diǎn)，縱使在同一臨床領(lǐng)域，也不能將微創(chuàng)視為治療所有病狀的不二法門。

　　

　　機(jī)器人輔助腹腔鏡外科手術(shù)系統(tǒng)的問世，大幅拓寬微創(chuàng)手術(shù)適應(yīng)證。根據(jù)創(chuàng)口不同，機(jī)器人輔助微創(chuàng)腹腔鏡手術(shù)通常可分為單孔和多孔兩種方式。多孔機(jī)器人輔助腹腔鏡手術(shù)是以“一大孔+多小孔”的方式開展，即“觀察孔+若干操作孔”，單孔機(jī)器人輔助腹腔鏡手術(shù)是在肚臍部分建立一個(gè)2~3厘米的切口，經(jīng)單一通道置入腔鏡和操作鉗等手術(shù)器械操作，并利用臍部皺襞遮擋手術(shù)切口，達(dá)到無瘢痕的效果。相比之下，多孔機(jī)器人輔助腹腔鏡手術(shù)操作空間大，單孔機(jī)器人輔助腹腔鏡手術(shù)對(duì)腹內(nèi)臟器擾亂更小，患者恢復(fù)周期更短。

　　

　　機(jī)械臂的操作精度、操作鉗的靈活轉(zhuǎn)彎、器械末端的力反饋，都是機(jī)器人輔助微創(chuàng)腹腔鏡手術(shù)系統(tǒng)亟待破拆的核心技術(shù)壁壘。誠然，技術(shù)迭代方向不局限于以上三者，但這些高精尖技術(shù)足以使眾多手術(shù)機(jī)器人研發(fā)主體在創(chuàng)新道路上舉步維艱。這一點(diǎn)在單孔腹腔鏡手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)領(lǐng)域尤為顯著。多種器械遵循同一路徑進(jìn)入體內(nèi)，分布密集，體外的器械和內(nèi)窺鏡柄部相互干涉，“操作三角”難以成形，這對(duì)單孔腹腔鏡手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)提出嚴(yán)苛挑戰(zhàn)。

　　

　　美國直覺外科公司研發(fā)的“Da Vinci SP”于2018年經(jīng)FDA（Food and Drug Administration，美國食品藥品監(jiān)督管理局）批準(zhǔn)上市，開拓了單孔手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)的先河，但由于其產(chǎn)業(yè)和技術(shù)先進(jìn)性，目前尚未向中國出口。2023年6月20日，術(shù)銳機(jī)器人旗下“腹腔內(nèi)窺鏡單孔手術(shù)系統(tǒng)”獲得國家藥品監(jiān)督管理局上市批準(zhǔn)，成為中國首臺(tái)通過創(chuàng)新醫(yī)療器械特別審查程序的單孔手術(shù)機(jī)器人，有效填補(bǔ)國內(nèi)空白。

　　

　　

　　

　　▲術(shù)銳機(jī)器人“腹腔內(nèi)窺鏡單孔手術(shù)系統(tǒng)”獲批上市

　　

　　獨(dú)辟蹊徑，克服單孔手術(shù)局限性

　　

　　多孔腹腔鏡手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)的手術(shù)器械呈硬質(zhì)直桿狀，依靠體外機(jī)械臂而運(yùn)動(dòng)，傳感器分布在其每個(gè)關(guān)節(jié)上，以實(shí)現(xiàn)高精度的特性。而單孔腹腔鏡手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)手術(shù)臂纖細(xì)，外徑僅8毫米，工作在高頻高壓電的狀態(tài)下，無法在關(guān)節(jié)中加入傳感器，僅依靠過去傳統(tǒng)的常規(guī)機(jī)械結(jié)構(gòu)，很難滿足高精度的手術(shù)要求。

　　

　　“在很小的外徑條件下，以純機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)和多孔機(jī)器人一樣的控制精度，難度完全不在一個(gè)量級(jí)上。而術(shù)銳單孔機(jī)器人精度能接近多孔機(jī)器人，這得益于我們自主研發(fā)的可形變連續(xù)體機(jī)構(gòu)”，術(shù)銳機(jī)器人創(chuàng)始人、上海交通大學(xué)教授徐凱解釋道。術(shù)銳機(jī)器人研發(fā)團(tuán)隊(duì)獨(dú)創(chuàng)性地研制出一種由近端構(gòu)節(jié)、導(dǎo)向鋼管束以及遠(yuǎn)端構(gòu)節(jié)組成的“可形變連續(xù)體機(jī)構(gòu)”。使用十余根鎳鈦合金細(xì)桿作為結(jié)構(gòu)骨，連續(xù)貫穿仿生蛇形手術(shù)臂，近端構(gòu)節(jié)的彎轉(zhuǎn)，帶來結(jié)構(gòu)骨的推拉運(yùn)動(dòng)，這些推拉運(yùn)動(dòng)傳遞到遠(yuǎn)端構(gòu)節(jié)，協(xié)同將遠(yuǎn)端構(gòu)節(jié)向相反的方向彎轉(zhuǎn)，如此將三維運(yùn)動(dòng)信息從病人體外的驅(qū)動(dòng)電機(jī)端傳導(dǎo)至體內(nèi)，實(shí)現(xiàn)雙構(gòu)節(jié)、八方向彎轉(zhuǎn)的靈活運(yùn)動(dòng)。

　　

　　

　　

　　▲可形變連續(xù)體機(jī)構(gòu)

　　

　　在可形變連續(xù)體機(jī)構(gòu)中，鎳鈦合金細(xì)桿的材料選用和數(shù)量布置都經(jīng)過了不計(jì)其數(shù)的演算和實(shí)驗(yàn)篩選。作為結(jié)構(gòu)骨，鎳鈦合金柔韌性強(qiáng)，相較于鋼絲不易磨斷；十余根結(jié)構(gòu)骨同時(shí)受力，冗余布置，將負(fù)載能力顯著提高，即使其中一根斷裂，手術(shù)器械的整體性能幾乎不受影響，安全性較高。“由于手術(shù)中腹腔鏡鏡體和操作器械都是經(jīng)肚臍單一切口進(jìn)入腹腔，容易造成器械之間在腹腔內(nèi)外的相互干擾，無法充分展開，這就是我們常說的‘筷子效應(yīng)’，”徐凱介紹道，“相比于鋼絲驅(qū)動(dòng)，鎳鈦合金細(xì)桿驅(qū)動(dòng)的蛇形臂體側(cè)擺范圍大，具有連續(xù)彎曲形變特性，能夠比較容易地通過復(fù)雜形狀的腔道，靈活滿足單孔手術(shù)下各種運(yùn)動(dòng)需要，例如腹腔手術(shù)中典型的套圈、縫合、打結(jié)等一系列操作。”

　　

　　為實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的運(yùn)動(dòng)控制，建模時(shí)須考慮多種非線性力學(xué)的耦合效應(yīng)，還需滿足實(shí)時(shí)高效計(jì)算的運(yùn)算要求，是門檻極高的系統(tǒng)化關(guān)鍵技術(shù)。針對(duì)“面向連續(xù)體機(jī)構(gòu)的形變驅(qū)控技術(shù)”的運(yùn)動(dòng)控制難點(diǎn)，術(shù)銳研發(fā)團(tuán)隊(duì)兼顧了耦合效應(yīng)的補(bǔ)償機(jī)制和輕量解析的運(yùn)算結(jié)構(gòu)，建立彈動(dòng)力學(xué)復(fù)合模型，使連續(xù)體蛇形臂的運(yùn)動(dòng)控制性能進(jìn)一步優(yōu)化。此外，術(shù)銳建立起一套特有的基于對(duì)偶連續(xù)體機(jī)構(gòu)的手術(shù)器械設(shè)計(jì)，在不影響手術(shù)器械臂體形變彎轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)靈活性條件下，大幅度提高手術(shù)器械的負(fù)載能力和結(jié)構(gòu)可靠性，實(shí)現(xiàn)手術(shù)器械在各種手術(shù)操作情景下的精準(zhǔn)控制。除此之外，術(shù)銳在手術(shù)機(jī)械臂的構(gòu)型設(shè)計(jì)優(yōu)化、遠(yuǎn)心機(jī)構(gòu)、力位控制、關(guān)節(jié)自平衡和多機(jī)械臂協(xié)同等方面均形成了知識(shí)產(chǎn)權(quán)壁壘和技術(shù)壁壘，以覆蓋各類手術(shù)應(yīng)用場景及臨床需求。

　　

　　單孔微創(chuàng)使臨床受益廣泛

　　

　　術(shù)銳腹腔內(nèi)窺鏡單孔手術(shù)系統(tǒng)具有手術(shù)切口更微創(chuàng)、操作更靈活、術(shù)中更穩(wěn)定、視野更廣闊等優(yōu)勢，已獲批應(yīng)用于泌尿外科，同時(shí)婦科、普外注冊臨床試驗(yàn)也已完成。歷經(jīng)數(shù)十項(xiàng)中外醫(yī)療器械標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)百個(gè)檢驗(yàn)項(xiàng)的嚴(yán)苛檢驗(yàn)，在臨床試驗(yàn)中該單孔手術(shù)機(jī)器人的有效性和安全性也不斷得到驗(yàn)證。

　　

　　對(duì)于醫(yī)生而言，術(shù)銳腹腔內(nèi)窺鏡單孔手術(shù)系統(tǒng)可以高精準(zhǔn)度完成手術(shù)操作，消除醫(yī)生手部生理性震顫，減少患者術(shù)中和術(shù)后的并發(fā)癥風(fēng)險(xiǎn)。此外，機(jī)器人操作可避免醫(yī)生長期站立工作，醫(yī)生可采取坐姿于操控臺(tái)操控手術(shù)機(jī)器人完成高難度復(fù)雜手術(shù)，有效緩解醫(yī)生于長時(shí)間手術(shù)中的疲勞感，提升手術(shù)安全性及效率，并可在一定程度上延長醫(yī)生的職業(yè)生涯。對(duì)于院方，手術(shù)機(jī)器人輔助手術(shù)的患者術(shù)后恢復(fù)時(shí)間更短，有利于加快病房周轉(zhuǎn)，提高病床和醫(yī)療資源的使用效率，也有利于充實(shí)院端診療設(shè)備，提升醫(yī)院學(xué)科建設(shè)、精進(jìn)診療技術(shù)，助力醫(yī)院探索更多術(shù)式與治療方案，提高醫(yī)院的綜合競爭力。

　　

　　

　　

　　▲腹腔內(nèi)窺鏡單孔手術(shù)系統(tǒng)主控臺(tái)車

　　

　　術(shù)銳機(jī)器人專利惠及全球醫(yī)患

　　

　　今年4月，國家衛(wèi)健委公布了新版配置大型醫(yī)療設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)征求意見稿，對(duì)配置腹腔鏡手術(shù)機(jī)器人醫(yī)院的要求從省級(jí)領(lǐng)先醫(yī)院放寬到外科綜合實(shí)力較強(qiáng)即可，這意味著今后腹腔鏡手術(shù)機(jī)器人將有機(jī)會(huì)配置到地級(jí)市及縣域醫(yī)療機(jī)構(gòu)。一直以來，術(shù)銳機(jī)器人加強(qiáng)技術(shù)試驗(yàn)驗(yàn)證，開展應(yīng)用示范推廠，參與智慧醫(yī)院建設(shè)，組織開展產(chǎn)需對(duì)接，努力拓展下沉市場。同時(shí)，術(shù)銳機(jī)器人在高精尖技術(shù)演進(jìn)方面也未有懈怠，不斷聯(lián)合醫(yī)院開展臨床試驗(yàn)，開展高精度、穩(wěn)定性、可靠性等試驗(yàn)驗(yàn)證，完善制造工藝與檢測技術(shù)相結(jié)合的各類數(shù)據(jù)庫。

　　

　　

　　

　　▲山東省立醫(yī)院應(yīng)用術(shù)銳機(jī)器人完成全球首例全國產(chǎn)單孔機(jī)器人全胃切除術(shù)

　　

　　此外，術(shù)銳機(jī)器人計(jì)劃從發(fā)達(dá)國家市場和“一帶一路”共建國家兩方同時(shí)入局全球市場，輻射中國制造的影響力。“術(shù)銳機(jī)器人海外市場的拓展仍處于前期發(fā)展過程，我們申請(qǐng)了加拿大和日韓等國的一百余個(gè)發(fā)明專利，可以隱約看見我們對(duì)于開拓全球市場的雄心，”徐凱透露道，“我們正在努力拿到歐盟和FDA的產(chǎn)品認(rèn)證，并已經(jīng)對(duì)歐美市場的落腳點(diǎn)有了初步的布局。”

　　

　　今天，手術(shù)機(jī)器人技術(shù)迅猛發(fā)展，視覺智能處理、機(jī)械臂物理構(gòu)型優(yōu)化、操作端觸覺反饋、遠(yuǎn)程醫(yī)療等醫(yī)療行業(yè)全方位創(chuàng)新活力迸發(fā)。無論是單孔腔鏡手術(shù)，還是其他每一處細(xì)分領(lǐng)域，唯有專注核心技術(shù)攻關(guān)，緊握自主創(chuàng)新與知識(shí)產(chǎn)權(quán)生命線，才能創(chuàng)造出行業(yè)認(rèn)可的智能手術(shù)解決方案，助推中國醫(yī)療產(chǎn)業(yè)升級(jí)。

　　

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