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手術(shù)機(jī)器人智能技術(shù)的進(jìn)展與挑戰(zhàn)

來源:--      編輯:創(chuàng)澤      時(shí)間:2020/4/22      主題:其他   [加盟]
手術(shù)機(jī)器人近年來在科學(xué)、產(chǎn)業(yè)及醫(yī)療等L域發(fā)展迅速,從臨床到研究均獲得廣泛關(guān)注。尤其是近期的醫(yī)工結(jié)合發(fā)展,促使其智能化水平顯著提升,這里著重對(duì)近年來在ScienceRobotics、Science Translational Medicine、IEEETransactions on Robotics、Head& Neck等期刊上涉及的手術(shù)機(jī)器人智能技術(shù)研究進(jìn)行了討論,拋磚引玉。
1.單孔手術(shù)機(jī)器人的臨床評(píng)價(jià)
2019年3月15日,IntuitiveSurgical(ISRG)宣布,該公司Da Vinci SP型手術(shù)機(jī)器人的經(jīng)口耳鼻喉科手術(shù)獲得FDA批準(zhǔn),成為該型適用的第二類手術(shù)。盡管daVinci SP手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)已問世,但很少有資料能指導(dǎo)面對(duì)新技術(shù)的外科醫(yī)生。此外,daVinci SP的結(jié)果還沒有直接與目前廣泛使用的da Vinci Si系統(tǒng)的結(jié)果進(jìn)行比較。梅奧診所醫(yī)學(xué)院[1]將daVinci SP機(jī)器人用于經(jīng)口入路治療口咽癌(OPSCCs),統(tǒng)計(jì)了一年的手術(shù)結(jié)果,并將其與daVinci Si機(jī)器人的手術(shù)結(jié)果進(jìn)行了比較。
da Vinci SP手術(shù)機(jī)器人通過單孔將靈活的內(nèi)窺鏡和器械臂置入喉部和下咽部的手術(shù)部位,并且與一個(gè)口腔牽開器相配合,擴(kuò)大了TOR手術(shù)中外科醫(yī)生和助手的工作空間,從而改善了上呼吸道的進(jìn)入和可視化操作。在相關(guān)實(shí)踐過程中,daVinci SP機(jī)器人系統(tǒng)在大規(guī)模TOR中表現(xiàn)良好,無與機(jī)器人平臺(tái)直接相關(guān)的并發(fā)癥,說明SP成為了治療上呼吸道腫瘤的安全手術(shù)器械。盡管新系統(tǒng)帶來了額外的技術(shù)挑戰(zhàn),但對(duì)于有經(jīng)驗(yàn)的TOR手術(shù)外科醫(yī)生,SP的總體學(xué)習(xí)曲線短。與使用Si系統(tǒng)治療的OPSCC患者的群體數(shù)據(jù)相比,作者發(fā)現(xiàn)兩者在總手術(shù)時(shí)間、機(jī)器人控制時(shí)間以及術(shù)后出血率方面沒有差異。隨著SP漸漸融入日常實(shí)踐,需要正規(guī)的培訓(xùn)計(jì)劃來確保醫(yī)生安全G效地過渡到SP平臺(tái)。

作者在一個(gè)TOR操作中心進(jìn)行了回顧研究,包括從2018年10月至2019年9月接受TOR單孔手術(shù)的所有患者。將SP-OPSCC結(jié)果與Si-OPSCC患者的所有歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。其中,78例患者接受了SP手術(shù)治療,出血率5.1%,死亡率2.6%,轉(zhuǎn)化率0%,與daVinci Si組相比,進(jìn)行TORS-SP手術(shù)的OPSCC患者手術(shù)時(shí)間和術(shù)后出血方面無顯著性差異(P>0.05)。

2. 手術(shù)機(jī)器人的靈巧化

雖然機(jī)器人技術(shù)已經(jīng)提G了微創(chuàng)腹部、腦外科、骨科、介入科等手術(shù)的性能,但其適應(yīng)更精細(xì)、更迂回、多通道的區(qū)域仍然具有很大的挑戰(zhàn),并且某些手術(shù)仍然需要使用更具侵襲性的方式進(jìn)行。因此,類似手術(shù)場(chǎng)景要求機(jī)器人具有體積小、柔性強(qiáng),能通過非線性路徑到達(dá)難以進(jìn)入的手術(shù)部位,靈活完成手術(shù)任務(wù)。連續(xù)體機(jī)器人的結(jié)構(gòu)與由關(guān)節(jié)連接的離散剛性連桿組成的傳統(tǒng)機(jī)器人有著根本性區(qū)別。當(dāng)關(guān)節(jié)的數(shù)量接近無窮大(而連接長(zhǎng)度接近于零)時(shí),機(jī)器人就可被稱為連續(xù)體機(jī)器人。雖然個(gè)連續(xù)機(jī)器人是在近50年前創(chuàng)建的,但醫(yī)學(xué)應(yīng)用顯然是過去十年來連續(xù)機(jī)器人研究的主要驅(qū)動(dòng)因素之一。從醫(yī)學(xué)的角度來看,連續(xù)機(jī)器人的小尺寸和順應(yīng)性是有利的,但對(duì)傳感、控制和人機(jī)交互提出了很G的要求。
Choset[2]總結(jié)了連續(xù)體機(jī)器人應(yīng)用于外科手術(shù)的重要研究。作者調(diào)查了醫(yī)學(xué)應(yīng)用中連續(xù)機(jī)器人研究的核心技術(shù),包括特定醫(yī)療問題的設(shè)計(jì)、建模、控制、傳感和應(yīng)用方面的實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。同時(shí),概述了在臨床方面商業(yè)化或相對(duì)較先進(jìn)的手術(shù)系統(tǒng)。作者介紹了兩個(gè)已經(jīng)獲得FDA批準(zhǔn)的連續(xù)體機(jī)器人應(yīng)用:遠(yuǎn)程操作的連續(xù)機(jī)器人系統(tǒng)(HansenMedical Inc.和StereotaxisInc.)和超冗余系統(tǒng)(Medrobotics Inc.)。連續(xù)體因?yàn)榭商峁┣秩胄暂^小的通路和操作,將越來越有利于外科醫(yī)生和患者。

3. 遙操作手術(shù)機(jī)器人的自動(dòng)化

自動(dòng)化是手術(shù)機(jī)器人的重要發(fā)展方向,在醫(yī)療L域由于其特殊性目前自動(dòng)化的程度相對(duì)于工業(yè)、服務(wù)以及特種L域均較低。目前機(jī)器人輔助手術(shù)(RASs)的模式完全取決于單個(gè)外科醫(yī)生的手動(dòng)能力。自動(dòng)機(jī)器人手術(shù)可以保證手術(shù)效率和安全性的提G,并改善優(yōu)化手術(shù)技術(shù)。由于技術(shù)上的限制,涉及軟組織的手術(shù)尚未d立進(jìn)行,包括缺乏能夠在動(dòng)態(tài)手術(shù)環(huán)境中識(shí)別和跟蹤目標(biāo)組織的視覺系統(tǒng),以及缺乏能夠執(zhí)行復(fù)雜手術(shù)任務(wù)的智能算法。美國(guó)約翰霍普金斯大學(xué)[3]通過增強(qiáng)視覺、靈巧性和互補(bǔ)的機(jī)器智能來改善手術(shù)效果、安全性,實(shí)現(xiàn)軟組織變形的自動(dòng)跟蹤、監(jiān)測(cè)以及吻合。通過實(shí)驗(yàn)證明,自主機(jī)器人可以提G手術(shù)的效率、一致性、功能結(jié)果和可行性。
作者認(rèn)為,具有自主性的手術(shù)機(jī)器人不是為了取代外科醫(yī)生,而是提G醫(yī)生的能力。目前遠(yuǎn)程手術(shù)的模式完全取決于每個(gè)手術(shù)醫(yī)生的能力。由于自主機(jī)器人手術(shù)可預(yù)測(cè)性強(qiáng),目前只適用于具有剛性結(jié)構(gòu)的解剖,如骨骼切割。而下一步,在軟組織手術(shù)中將自主規(guī)劃和機(jī)器人遙操作相結(jié)合,可大限度地減少了技術(shù)不確定性,與純?nèi)斯な中g(shù)或者自動(dòng)機(jī)器人手術(shù)方法相比可能會(huì)獲得更好的結(jié)果。外科醫(yī)生和機(jī)器人之間的這種交互式自適應(yīng)決策展示了未來機(jī)器人手術(shù)的新范例。

4. 影像引導(dǎo)手術(shù)機(jī)器人的自主化

為提升介入手術(shù)的智能化、自主化,哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院[4]從趨觸性的昆蟲中獲得靈感,研發(fā)了一種新型機(jī)器人導(dǎo)管。它可以在充滿血液的心臟中導(dǎo)航,這種導(dǎo)管使用混合觸覺、視覺的感知方法,使用圖像進(jìn)行基于觸摸的表面識(shí)別和力傳感,以完成充滿血液的心臟內(nèi)壁跟蹤。觸覺視覺傳感器提供了導(dǎo)管尖端的G分辨率視圖,這正是壁跟蹤和設(shè)備部署所需的視圖。該傳感器與機(jī)器學(xué)習(xí)和圖像處理算法相結(jié)合,使機(jī)器人能夠區(qū)分其接觸的物體并控制其接觸力。但在一些特殊、復(fù)雜的位置移動(dòng)時(shí),如:主動(dòng)脈瓣環(huán),成功率還有待提升。在未來,壁跟蹤自主導(dǎo)航可擴(kuò)展到許多微創(chuàng)手術(shù),包括血管、氣道、胃腸道和腦心室系統(tǒng)的手術(shù)。
通過活體動(dòng)物實(shí)驗(yàn),證明了在某些方面自主控制的機(jī)器人導(dǎo)管性能達(dá)到了臨床醫(yī)生的水平。自主導(dǎo)航是一種基本能力,在此基礎(chǔ)上可以建立更復(fù)雜的自主J別,例如執(zhí)行一個(gè)過程。與工業(yè)自動(dòng)化的作用類似,這種能力可以使臨床醫(yī)生自由地專注于手術(shù)中的關(guān)鍵方面,提G醫(yī)生經(jīng)驗(yàn)和操作精度,減少重復(fù)疲勞。

5. 遠(yuǎn)程手術(shù)機(jī)器人的數(shù)字孿生技術(shù)

遠(yuǎn)程診療是手術(shù)機(jī)器人的重要發(fā)展方向。隨著5G、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展,為遠(yuǎn)程手術(shù)機(jī)器人的進(jìn)一步應(yīng)用提供了基礎(chǔ)。芬蘭科學(xué)家[5]利用數(shù)字孿生技術(shù)為遠(yuǎn)程手術(shù)機(jī)器人提供非常好的沉浸感和透明度。數(shù)字孿生(DT)的思想是通過一個(gè)單d的接口,將與產(chǎn)品或過程相關(guān)的每個(gè)數(shù)據(jù)源和控制接口描述引入,便于自主探索和自動(dòng)通信的建立。研究者利用一個(gè)機(jī)械臂和HTCvive虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)系統(tǒng)組成主從端,通過移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)連接。在研究中,結(jié)合一個(gè)網(wǎng)絡(luò)操作模塊來測(cè)試網(wǎng)絡(luò)中斷和攻擊的影響,以此解決系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)安全問題。雖然系統(tǒng)的實(shí)際遠(yuǎn)程手術(shù)能力受到虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)能力和機(jī)器人反饋不足的限制,但是可以利用該系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程手術(shù)的模擬和研究。將來,患者和外科醫(yī)生也可能擁有自己的數(shù)字孿生,這將使系統(tǒng)能夠讀取歷史和實(shí)時(shí)的健康和性能數(shù)據(jù)。甚至在外科醫(yī)生進(jìn)入手術(shù)室之前,就可以計(jì)劃手術(shù)并檢查病人的健康記錄。

6. 手術(shù)機(jī)器人智能化發(fā)展與挑戰(zhàn)

在手術(shù)機(jī)器人邁向未來的過程中,仍面臨許多重大挑戰(zhàn),Sciencerobotics[6]對(duì)該L域進(jìn)行了展望。外科和介入機(jī)器人技術(shù)的主要挑戰(zhàn)是更G自主程度系統(tǒng)的研發(fā),F(xiàn)有醫(yī)療機(jī)器人的自主能力仍然有限。在大多數(shù)情況下,機(jī)器人的貢獻(xiàn)是提G了外科醫(yī)生的技術(shù)水平。例如,IntuitiveSurgical公司的 da Vinci手術(shù)機(jī)器人系列產(chǎn)品使腹腔鏡檢查變得容易;Stryker的Mako機(jī)器人手臂通過比外科醫(yī)生更準(zhǔn)確的骨骼鉆孔技術(shù)來增強(qiáng)髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)置換功能。在這兩個(gè)例子中,機(jī)器人相當(dāng)于外科醫(yī)生手的延伸,故其運(yùn)動(dòng)需要受到外科醫(yī)生的控制。之前研究的Robodoc系統(tǒng)與前者有所不同,它會(huì)根據(jù)醫(yī)療圖像執(zhí)行預(yù)先計(jì)算和經(jīng)外科醫(yī)生批準(zhǔn)的手術(shù)路徑。盡管這些系統(tǒng)在將外科醫(yī)生的意圖轉(zhuǎn)化為機(jī)器人執(zhí)行器的實(shí)際動(dòng)作時(shí),都有一定程度的“自主性”。但是當(dāng)控制器需要做出更復(fù)雜的行為來表現(xiàn)臨床醫(yī)生的決策時(shí),現(xiàn)有技術(shù)并不能滿足。因此,在滿足相應(yīng)的監(jiān)管和倫理?xiàng)l件的前提下,醫(yī)療機(jī)器人的自主性技術(shù)發(fā)展將逐步推進(jìn)。例如,心臟介入治療包括利用術(shù)前和術(shù)中影像的結(jié)合,從外周血管的經(jīng)皮入路導(dǎo)航到心臟內(nèi)的特定位置。而目前基于圖像的機(jī)器人導(dǎo)航理論已經(jīng)很成熟,因此開發(fā)安全的導(dǎo)航算法是可行的。隨著心臟介入裝置(如經(jīng)導(dǎo)管瓣膜)臨床經(jīng)驗(yàn)的增加,這些裝置的部署可能會(huì)變得足夠標(biāo)準(zhǔn)化,從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化部署。機(jī)器人做到臨床任務(wù)自動(dòng)化的大挑戰(zhàn)是要能夠預(yù)測(cè)、檢測(cè)和響應(yīng)所有可能的緊急情況
可植入的機(jī)器人能取代、恢復(fù)或增強(qiáng)相關(guān)生理過程,是一個(gè)新興L域,也是目前手術(shù)機(jī)器人L域面臨的又一重大挑戰(zhàn)。為了推動(dòng)這一L域的發(fā)展,需要提G機(jī)器人的生物相容性、可靠性、適應(yīng)性、安全性和供電能力。為了維持長(zhǎng)期的功能,充分的生物相容性是很重要的。此外,對(duì)于那些提供臨時(shí)生理支持的植入物,設(shè)計(jì)成可吸收的植入物可以避免移除裝置的手術(shù)需要。植入物的設(shè)計(jì)還需要能對(duì)變化的情況做出反應(yīng),比如運(yùn)動(dòng)。值得一提的是,雖然遠(yuǎn)程編程提供軟件更新是有利的,但保障安全才是至關(guān)重要的,因此要防止一個(gè)人的器官被黑客攻擊。后,由于與起搏器等設(shè)備相比,機(jī)器人設(shè)備的功率要求較G,因此較G的無線功率傳輸能力至關(guān)重要。
手術(shù)機(jī)器人另一個(gè)新興方向是微納機(jī)器人。相關(guān)研究人員已經(jīng)創(chuàng)造了能夠在液體環(huán)境中移動(dòng)的小型設(shè)備。雖然一些設(shè)備已經(jīng)功能化,但這個(gè)L域仍然面臨著許多重大挑戰(zhàn),比如:生物可降解和非細(xì)胞毒性的微機(jī)器人的開發(fā)、能夠自我定向靶向的自主設(shè)備的開發(fā)、基于導(dǎo)管的微機(jī)器人在目標(biāo)附近的傳遞、在體內(nèi)對(duì)大量設(shè)備的跟蹤和控制等。

  



機(jī)器人運(yùn)動(dòng)路徑規(guī)劃方法

機(jī)器人運(yùn)動(dòng)路徑規(guī)劃的性能指標(biāo)包括:實(shí)時(shí)性、安全性和可達(dá)性等,主要包括模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法以及它們的相互結(jié)合等方法。

講解機(jī)器人

講解機(jī)器人公司:創(chuàng)澤智能機(jī)器人集團(tuán),北京創(chuàng)澤智慧機(jī)器人,上海昀景智能科技,甘肅智能機(jī)器人,山東锘博特智能科技,新疆創(chuàng)澤機(jī)器人科技

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在決勝全面建成小康社會(huì)和實(shí)現(xiàn)“十三五”規(guī)劃收官之年,省政府決定繼續(xù)深入開展“重實(shí)干、強(qiáng)執(zhí)行、抓落實(shí)”專項(xiàng)行動(dòng),主要任務(wù)是“雙百攻堅(jiān)”任務(wù)(即100項(xiàng)重點(diǎn)工作任務(wù)和100個(gè)重大項(xiàng)目)

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2020年2月27日,廣東省人民政府《關(guān)于統(tǒng)籌推進(jìn)新冠肺炎疫情防控和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展工作的若干措施》政策解讀中提到:推動(dòng)5G、大數(shù)據(jù)、人工智能、3D打印等技術(shù)為疫情防控和醫(yī)療救治提供支持,重點(diǎn)推動(dòng)智能遠(yuǎn)程超聲系統(tǒng)、智能消毒機(jī)器人、新冠肺炎影像學(xué)、人工智能輔助診斷系統(tǒng)等高科技設(shè)備廣泛應(yīng)用于遠(yuǎn)程診療、疫情防控等領(lǐng)域。

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消毒機(jī)器人有哪些優(yōu)勢(shì),未來發(fā)展趨勢(shì)

家庭陪護(hù)機(jī)器人

家庭陪護(hù)機(jī)器人能在家中起到監(jiān)控安全陪護(hù)具有人機(jī)互動(dòng)交互服務(wù)多媒體娛樂價(jià)格查詢等

兒童陪護(hù)機(jī)器人

兒童陪護(hù)機(jī)器人與孩子互動(dòng)陪伴玩耍學(xué)習(xí)價(jià)格問詢等功能說明使用指南介紹

展館智能機(jī)器人

展館智能機(jī)器人可講解自主行走語音交互咨詢互動(dòng)價(jià)格咨詢等功能介紹以及表情展現(xiàn)能力

智能講解機(jī)器人

智能講解機(jī)器人正在劍橋講解演示咨詢互動(dòng)移動(dòng)宣傳價(jià)格問詢等功能說明介紹

智能接待機(jī)器人

智能接待機(jī)器人迎賓服務(wù)來賓問詢答疑價(jià)格查詢

智能主持機(jī)器人

智能主持機(jī)器人參與主持了寧夏的云天大會(huì)并完成了大會(huì)的接待任務(wù)多才多藝載很受歡迎

超市智能機(jī)器人

超市智能機(jī)器人能幫助商家吸引客戶道路指引導(dǎo)購(gòu)價(jià)格查詢

4s店智能機(jī)器人

4s店智能機(jī)器人迎賓銷售導(dǎo)購(gòu)數(shù)據(jù)收集分析價(jià)格問詢等

展廳智能機(jī)器人

展廳智能機(jī)器人可用于接待講解咨詢互動(dòng)價(jià)格查詢等功能

醫(yī)院智能機(jī)器人

醫(yī)院智能機(jī)器人正在人民醫(yī)院為患者提供導(dǎo)診用藥問詢與藥品禁忌查詢配伍查詢價(jià)格查詢等便民服務(wù)功能說明

圖書館智能機(jī)器人

圖書館智能機(jī)器人已在日照?qǐng)D書館上崗了擔(dān)當(dāng)管理員與用戶智慧互動(dòng)交流學(xué)習(xí)價(jià)格咨詢
 
資料獲取
新聞資訊
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== 機(jī)器人推薦 ==
 
迎賓講解服務(wù)機(jī)器人

服務(wù)機(jī)器人(迎賓、講解、導(dǎo)診...)

智能消毒機(jī)器人

智能消毒機(jī)器人

機(jī)器人底盤

機(jī)器人底盤

 

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