新发明揭示手术机器人发展新方向_医疗健康

2014

07/09

10:56

医械创新网医疗健康

如今外科手术机器人已经在胸心外科、肿瘤外科、普通外科等领域得到了广泛的应用。但目前的手术机器人还没有很好地解决缺少触觉反馈的问题，这将影响到手术操作的精确性和灵活性，同时也增加了对人体正常组织和器官损伤的可能性。另外，手术机器人的体积偏大，在使用上受到了很大的限制。随着机器人技术的不断提高，手术机器人开始向更灵活、更小型方向发展。科学家甚至在尝试利用纳米技术制造微型机器人，从而推动外科手术向人类机体分子生物学水平发展。

软体手术机器人

当前以达芬奇机器人系统为代表的手术机器人都是由坚硬的金属制成的机器人本体，但与之相对应的是，人体除了骨头，大多数组织是柔软的。因而这种坚硬的机器人就必须依靠精确传感器的反馈和高性能控制系统，来确保病人的安全，以免破坏我们精致的组织和器官。科学家认识到，若使用聚合物来制造软体机器人，其弹性体可与人类皮肤相比拟，从而可以消除许多人机交互的安全担忧。

软体机器人的广阔前景已经刺激一个交叉材料、机械和电气工程的新兴领域的蓬勃发展。2013年，美国科学家研究出了一种软体机器人，这种机器人用有弹性的橡胶制成，并在内部还注入了压缩空气，以对机器人进行控制。用橡胶制成的机器人大大减少了手术给人体造成的创伤的可能性。另外，这种橡胶机器人能够进入到较小的空间内，还能够改变自己的形体，这样就能够适应一些复杂手术的要求。这种软体机器人价格低廉，可以用3D打印技术制成，成本只有20美元。

软体机器人的出现，展示了手术机器人发展的广阔前景及无限可能性。但同时也产生了一个问题：高度兼容、非线性的材料带来了建模、生产力和控制方面的挑战，可能会导致不精确的运动。业内人士预测，随着技术的进步，这种软体机器人总有一天会像达芬奇机器人一样能够对各种复杂的手术进行处理。

便携式手术机器人

达芬奇售价高昂，且是固定装置，重达半吨，令其在调配使用方面大大受限。降低机器人的物理尺寸，开发出更便携、更小型、价格更低廉的机器人，以适应更广泛医院的需求是手术机器人发展的另一个机遇所在。目前，全球一些研究机构已开发出几类针对特定手术的更小型的手术机器人。

2011年，美国卡内基-梅隆大学的一个科研小组研制成一种蛇形手术机器人（CARDIA-ARM）。它有一个“蛇头”（内安装有摄像头和一些手术器械）。其“蛇身”则由若干节可自由弯曲的部件构成，总长为300mm，“蛇头”、“蛇身”的直径为12mm。据研制者介绍，该蛇形机器人适合做各种血管手术，尤其是复杂的动脉血管手术，如切除动脉内壁上附着的脂类物质斑块等。只要在胸前皮肤上开一个很小的口子，塞入蛇形机器人，就能进行手术，且术后病人恢复较快。

美国普渡大学电子机械系的科研人员研制成功一种新型的便携式手术机器人，其售价仅为每台20万～25万美元，约为目前手术机器人市场价格的1/4～1/5。据了解，这种机器人的灵敏度极高，适合做包括前列腺癌切除等需要高精度的外科手术，因为前列腺附近密布各种神经，人工手术时一不小心就会伤及性神经，造成病人阳痿等不良后果。这种手术机器人的切口十分精确，绝不会伤及前列腺周围神经。

微型手术机器人

把机器人放在眼睛里做医疗手术可能在不久的将来会变成现实。苏黎世的研究人员正在建立微型机器人用来帮助实现精致的手术，机器人有一个可伸缩的针来探测身体部位（眼睛），针的直径只有1/4毫米，相当于人类3-4根头发的厚度。相比传统机器人，它不能携带任何类型的电池或驱动。为了解决这个问题，研究人员使用一系列的电磁铁放在病人头部，可以给电力机器人充电。然后通过调整电磁铁的力度，机器人可以在身体里推动或拉升。

而美国宇航局的科学家们正把目光转向人体的内部世界，研究开发肉眼看不到的微型医疗机器人，它们的体积比我们血管中的血球还小很多，它们将在我们的体内巡逻，执行消灭疾病的任务。人体血液中含有白血球和红血球，科学家构想中的医疗机器人就像“机器”白血球，它是一种小型装置，能吞噬细菌、病毒和其他病原体。

瑞典也已经开始制造由多层聚合物和黄金制成的微型医用机器人。它的外形类似人的手臂，肘部和腕部很灵活，有2到4个手指。实验已进入能让机器人捡起和移动肉眼看不见的玻璃珠的阶段。科学家希望这种微型医用机器人能在血液、尿液和细胞介质中工作，捕捉和移动单个细胞，成为微型手术器械。

纳米技术与仿生学的结合可以使生物物理学家仿照生命过程的各个环节制造出各种各样的微型机器人。期望在不久的将来，利用纳米技术可以制造出在血管中游走的机器人，以便专门清除血管壁上沉积物，减少心血管疾病的发病率；还可以制造能进入组织间隙专门清除癌细胞的机器人，以攻克这种不治之症。

来源：医械创新网

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