神经微创医疗机器人关键技术发展综述
发布时间：2021-11-20 13:58
<正>随着人们生活水平的不断提高,国内不良饮食习惯和身体素质的亚健康状态日益严峻,特别是常见的周围神经病与日俱增,例如面瘫、坐骨神经痛、神经炎、急性感染性多发性神经根神经炎、臂丛神经损伤、尺神经损伤、桡神经损伤、正中神经损伤、胫神经损伤、腓总神经损伤、股外侧皮神经炎、肋间神经痛等,这些疾病发病人群庞大,
【文章来源】：颈腰痛杂志. 2020,41(06)
【文章页数】：3 页
【部分图文】：
周围神经特征及精准柔性微创的迫切需求
微创医用机器人技术领域是集医学、生物力学、机械学、材料学、计算机科学以及机器人学等多学科为一体的新型交叉技术，能够从视觉、触觉和听觉方面为医生决策和操作提供充分的支持，扩展医生的操作技能，提高疾病的诊断与治疗质量[1]。我国手术机器人的相关研究始于20世纪90年代中期，手术机器人的研发分别在神经外科、骨科、心血管外科及泌尿外科等领域取得了重要的突破[1-4]。1997年，北京航空航天大学与北京301医院联合研发了基于PUMA262工业机器人的脑外科机器人辅助定位系统，并成功应用于临床[2,3]。2011年，上海交通大学通过研究光学导航系统与手术机器人系统整合的关键技术，以颅颌面外科手术精确治疗为目标，初步设计了基于光学导航控制的颅颌面外科手术辅助机器人系统[5]。2012年，北京理工大学进行了穿刺力建模、软组织建模及虚拟仿真建模、减小穿刺过程软组织变形的研究，搭建了微创穿刺手术的实验系统，设计研制了用于穿刺治疗的融合多种传感器的穿刺针夹持器，进行了微创穿刺安全防护性能设计与研究，建立了实验系统穿刺针位姿描述方法，但是结合CT的介入试验研究尚缺乏，精准微创导航和变动路径穿刺技术没有研究[6]。在普通外科领域，2014年，天津大学发布了“妙手”机器人系统的改进版，辅助完成多例胆囊摘除和结肠肿瘤根治等手术。此外，北京航空航天大学与北京积水潭医院联合自主研发的TiRobot骨科手术机器人，可规划手术路径并精确引导内植物的置入。2015年，北京积水潭医院应用TiRobot骨科手术机器人完成了全球首例基于术中实时三维影像的机器人辅助胸腰椎骨折内固定术和首例复杂上颈椎畸形矫正手术[7-10]。但是，机器人精准微创实时导航的柔性变动路径精准微创技术未见报道。2018年，哈尔滨工业大学机器人研究所对软体机械臂的仿生机理、驱动及建模控制研究进行了深入分析，指出软体机械臂的高柔顺性、复杂环境适应性及人机交互性等特点，能够在医疗手术方面取得较好的应用效果，但是柔性机器人的应用需要突破新材料制备、结构刚柔耦合设计和适应性传感器技术等难题[11]。
智能导航微创技术方面，达芬奇一直处于国际领先水平，达芬奇手术机器人于2005年被美国FDA批准用于妇科微创手术，此后，该技术迅速普及[8,9,24]。临床应用结果表明，手术机器人手术具有更高的精确性、更好的操控性，能在骨盆中完成精细的操作，有利于功能的重建和盆腔淋巴结清扫。如图4所示，达芬奇微创系统主要包括外科医生控制台、床旁机械臂系统、成像系统[25,26]。其中，成像系统(Video Cart)内装有外科手术机器人的核心处理器以及图像处理设备，外科手术机器人的内窥镜为高分辨率三维(3D)镜头，对手术视野具有10倍以上的放大倍数，能为主刀医生带来患者体腔内三维立体高清影像，使主刀医生能更准确辨认解剖结构，提升了手术精确度[27-30]。达芬奇微创机器人系统虽然很好地实现了人机协同，但是手术创伤集中在直径5 mm左右，患者短时间康复困难，手术昂贵，并且微创终端的机器人结构主要是刚体关节结构，操作空间要求较大，很难实现微细病变体的治疗[31,32]。2015年，北京柏惠维康科技有限公司率先研制了Remebot神经外科毫米级外部导航定位机器人系统，如图5所示，该微创机器人系统获得了国内多家医院的好评，实现了人机协同的毫米级精准微创，但是一直处于直针刚体微创技术方面，缺乏柔性毫米微创和内部实时导航耦合技术，很难进行复杂变轨微创路径的智能精准手术。
【参考文献】：
期刊论文
[1]新型医疗机器人可在体内自主导航[J]. 医学信息学杂志. 2019(04)
[2]我国医用机器人的研究现状及展望[J]. 田伟. 骨科临床与研究杂志. 2018(04)
[3]软体机械臂仿生机理、驱动及建模控制研究发展综述[J]. 闫继宏,石培沛,张新彬,赵杰. 机械工程学报. 2018(15)
[4]骨科手术机器人技术发展及临床应用[J]. 韩晓光,刘亚军,范明星,田伟. 科技导报. 2017(10)
[5]达芬奇机器人辅助下周围神经手术的研究现状及进展[J]. 沈杰,宋迪煜,王晓宇,王长江,张树明. 中国修复重建外科杂志. 2016(02)
[6]锁骨骨折合并臂丛损伤的早期显微外科治疗[J]. 刘亚飞,王伟,Anod Mani Regmi,艾合买提江·玉素甫. 中国修复重建外科杂志. 2014(11)
[7]神经微创介入技术治疗腰椎间盘源性疼痛远期疗效分析[J]. 张秀双,武百山,杨立强,何明伟,倪家骧. 颈腰痛杂志. 2012(01)
[8]辅助腹腔微创手术的新型机器人“妙手A”[J]. 王树新,王晓菲,张建勋,姜雪明,李建民. 机器人技术与应用. 2011(04)
[9]达芬奇手术机器人系统介绍及应用进展[J]. 杜祥民,张永寿. 中国医学装备. 2011(05)
[10]医用机器人与计算机辅助手术MRCAS进展[J]. 王田苗,刘文勇,胡磊. 中国生物医学工程学报. 2008(01)
博士论文
[1]导航控制颅颌面外科手术机器人系统建立与技术方法创建[D]. 桂海军.上海交通大学 2014
本文编号：3507471
【文章来源】：颈腰痛杂志. 2020,41(06)
【文章页数】：3 页
【部分图文】：
周围神经特征及精准柔性微创的迫切需求
微创医用机器人技术领域是集医学、生物力学、机械学、材料学、计算机科学以及机器人学等多学科为一体的新型交叉技术，能够从视觉、触觉和听觉方面为医生决策和操作提供充分的支持，扩展医生的操作技能，提高疾病的诊断与治疗质量[1]。我国手术机器人的相关研究始于20世纪90年代中期，手术机器人的研发分别在神经外科、骨科、心血管外科及泌尿外科等领域取得了重要的突破[1-4]。1997年，北京航空航天大学与北京301医院联合研发了基于PUMA262工业机器人的脑外科机器人辅助定位系统，并成功应用于临床[2,3]。2011年，上海交通大学通过研究光学导航系统与手术机器人系统整合的关键技术，以颅颌面外科手术精确治疗为目标，初步设计了基于光学导航控制的颅颌面外科手术辅助机器人系统[5]。2012年，北京理工大学进行了穿刺力建模、软组织建模及虚拟仿真建模、减小穿刺过程软组织变形的研究，搭建了微创穿刺手术的实验系统，设计研制了用于穿刺治疗的融合多种传感器的穿刺针夹持器，进行了微创穿刺安全防护性能设计与研究，建立了实验系统穿刺针位姿描述方法，但是结合CT的介入试验研究尚缺乏，精准微创导航和变动路径穿刺技术没有研究[6]。在普通外科领域，2014年，天津大学发布了“妙手”机器人系统的改进版，辅助完成多例胆囊摘除和结肠肿瘤根治等手术。此外，北京航空航天大学与北京积水潭医院联合自主研发的TiRobot骨科手术机器人，可规划手术路径并精确引导内植物的置入。2015年，北京积水潭医院应用TiRobot骨科手术机器人完成了全球首例基于术中实时三维影像的机器人辅助胸腰椎骨折内固定术和首例复杂上颈椎畸形矫正手术[7-10]。但是，机器人精准微创实时导航的柔性变动路径精准微创技术未见报道。2018年，哈尔滨工业大学机器人研究所对软体机械臂的仿生机理、驱动及建模控制研究进行了深入分析，指出软体机械臂的高柔顺性、复杂环境适应性及人机交互性等特点，能够在医疗手术方面取得较好的应用效果，但是柔性机器人的应用需要突破新材料制备、结构刚柔耦合设计和适应性传感器技术等难题[11]。
智能导航微创技术方面，达芬奇一直处于国际领先水平，达芬奇手术机器人于2005年被美国FDA批准用于妇科微创手术，此后，该技术迅速普及[8,9,24]。临床应用结果表明，手术机器人手术具有更高的精确性、更好的操控性，能在骨盆中完成精细的操作，有利于功能的重建和盆腔淋巴结清扫。如图4所示，达芬奇微创系统主要包括外科医生控制台、床旁机械臂系统、成像系统[25,26]。其中，成像系统(Video Cart)内装有外科手术机器人的核心处理器以及图像处理设备，外科手术机器人的内窥镜为高分辨率三维(3D)镜头，对手术视野具有10倍以上的放大倍数，能为主刀医生带来患者体腔内三维立体高清影像，使主刀医生能更准确辨认解剖结构，提升了手术精确度[27-30]。达芬奇微创机器人系统虽然很好地实现了人机协同，但是手术创伤集中在直径5 mm左右，患者短时间康复困难，手术昂贵，并且微创终端的机器人结构主要是刚体关节结构，操作空间要求较大，很难实现微细病变体的治疗[31,32]。2015年，北京柏惠维康科技有限公司率先研制了Remebot神经外科毫米级外部导航定位机器人系统，如图5所示，该微创机器人系统获得了国内多家医院的好评，实现了人机协同的毫米级精准微创，但是一直处于直针刚体微创技术方面，缺乏柔性毫米微创和内部实时导航耦合技术，很难进行复杂变轨微创路径的智能精准手术。
【参考文献】：
期刊论文
[1]新型医疗机器人可在体内自主导航[J]. 医学信息学杂志. 2019(04)
[2]我国医用机器人的研究现状及展望[J]. 田伟. 骨科临床与研究杂志. 2018(04)
[3]软体机械臂仿生机理、驱动及建模控制研究发展综述[J]. 闫继宏,石培沛,张新彬,赵杰. 机械工程学报. 2018(15)
[4]骨科手术机器人技术发展及临床应用[J]. 韩晓光,刘亚军,范明星,田伟. 科技导报. 2017(10)
[5]达芬奇机器人辅助下周围神经手术的研究现状及进展[J]. 沈杰,宋迪煜,王晓宇,王长江,张树明. 中国修复重建外科杂志. 2016(02)
[6]锁骨骨折合并臂丛损伤的早期显微外科治疗[J]. 刘亚飞,王伟,Anod Mani Regmi,艾合买提江·玉素甫. 中国修复重建外科杂志. 2014(11)
[7]神经微创介入技术治疗腰椎间盘源性疼痛远期疗效分析[J]. 张秀双,武百山,杨立强,何明伟,倪家骧. 颈腰痛杂志. 2012(01)
[8]辅助腹腔微创手术的新型机器人“妙手A”[J]. 王树新,王晓菲,张建勋,姜雪明,李建民. 机器人技术与应用. 2011(04)
[9]达芬奇手术机器人系统介绍及应用进展[J]. 杜祥民,张永寿. 中国医学装备. 2011(05)
[10]医用机器人与计算机辅助手术MRCAS进展[J]. 王田苗,刘文勇,胡磊. 中国生物医学工程学报. 2008(01)
博士论文
[1]导航控制颅颌面外科手术机器人系统建立与技术方法创建[D]. 桂海军.上海交通大学 2014
本文编号：3507471
本文链接：https://www.wllwen.com/yixuelunwen/swyx/3507471.html
