机器人技术如何重塑外科实践

随着自动化和机器人技术的发展，医疗机器人已经开始渗入医疗保健领域，通过机器人的辅助、外科医生的操纵，机器人手术在过去十年中取得了长足的进步。

这样的系统通过滤除手部震颤并将其手部动作缩放为较小的动作，从而提高了外科医生的灵活性和准确性。它们还降低了常见手术并发症（如手术部位感染）的风险。

▲外科手术小组正在进行耳部手术

尽管机器人技术的许多应用仍处于早期阶段，但本文中给出的五个例子凸显了机器人技术在医学领域的发展速度有多快。本文将对机器人技术在医学领域应用的最新进展进行综述。

一、机器人辅助手术

近日，东京工业大学的科学家宣布了一种新型的机器人辅助手术机械控制器。新控制器结合了商用机器人中使用的两种夹持方式，以利用每种夹持器的最佳功能并为外科医生提供更高的精度。

该系统通过定点实验进行了测试，其中有15名参与者必须控制机械臂，以在最短时间内将针尖带入目标孔而不会碰到障碍物。针对每种握持类型测试了各种条件，例如使用手臂和掌托，使用手柄，握持类型以及捏握动作。尽管需要进一步的工作来分析与机械手臂操作有关的其他变量，但是这项工作无疑为高级外科手术机器人系统铺平了道路。

▲智能组织手术机器人STAR

二、脑动脉瘤的治疗

根据在美国卒中协会国际卒中大会上发表的最新科学成果，使用机器人治疗脑动脉瘤是可行的，并且可以在放置支架，线圈和其他设备时提高精度。该会议于2月19日至21日在洛杉矶举行，是致力于卒中和大脑健康科学的研究人员和临床医生的全球首要会议。

在一次试验中，一名64岁女性患者的颅骨底部动脉瘤未破裂。外科团队成功地使用机器人放置了一个支架，然后使用相同的微导管进入动脉瘤囊，并通过放置各种线圈来固定动脉瘤。所有颅内步骤均由机械臂执行。机器人进行颅内动脉瘤治疗的能力是神经血管介入治疗迈出的重要一步。

三、抢救中风！这个机器人能穿过大脑的血管！

中风后，能迅速把堵住的血管疏通，会非常有利于后续治疗，这个机器人或许是紧急治疗的好方法。

麻省理工学院机械工程系教授赵选贺团队开发出一种3D打印的小型软体“机器人”，可被磁场操纵，可以主动滑行通过狭窄的蜿蜒路径（例如大脑的labrynthine脉管系统），有望应用于生物医药领域。这种“机器人”实际是一种形似雪花片的3D打印结构，完全伸展开最大直径约4厘米。在磁场操纵下，它能爬行、打滚、跳跃，能迅速收缩以抓住滚过的小球，还能裹住药片在桌面上移动。

麻省理工学院机械工程系教授赵选贺团队使用掺有磁性粒子的3D打印墨水，并在3D打印机喷嘴上安装电磁铁，在打印过程中控制磁性粒子的方向，制造出了这种可在外部磁场操纵下立刻发生精细变形的构造。这一发明有望广泛用于生物医学领域，例如可以将一个小型“机器人”放置于血管附近，控制血液流量；或者用它引导所需设备进入胃肠道，可拍照、获取组织样本、清除阻塞或精准给药。

他们展示了机器人线程的精确度和激活，通过使用一个大磁铁，就像木偶的弦，使线穿过一个小环的障碍路线，让人联想到穿过针眼的线程。研究人员还测试了大脑主要血管的真人大小的硅胶复制品中的线，包括凝块和动脉瘤，模拟了实际患者大脑的CT扫描。研究小组在硅胶容器中加入模拟血液粘度的液体，然后手动操作模型周围的大磁铁，使机器人通过血管缠绕的窄路径。

▲达芬奇机器人?Nimur

四、微型机器人有望治疗肿瘤

科学家们用微型机器人展示了如何设计一个在人体内运送药物的机器人平台。这个过程是基于一组微型机器人，它们能够将药物输送到患者身体内的特定部位。机器人由医生控制和监视，在体外进行。

微型机器人主体为微型镁金属球（直径约20um），表面镀了一层薄薄的金属金和聚对二甲苯（可以抵抗消化）的。金属球表面留有圆形部分未被覆盖，这部分裸露的金属镁与消化道中的流体反应，产生小气泡。气泡流像喷射器一样向前推动球体，直到它与附近的组织碰撞。

首先，研究者将一层药物夹在单个微金属球和聚对二甲苯涂层之间。接着，为了保护微型机器人免受胃中恶劣环境的影响，它们被包裹在由石蜡制成的微胶囊中。

微型机器人已经可以携带药物，但仍缺乏将它们运送到所需位置的关键能力。为此，研究人员使用了光声计算机断层扫描（PACT）。红外光在组织中扩散，被红细胞中携带氧的血红蛋白分子吸收，导致这些分子超声振动。那些超声波振动由压在皮肤上的传感器拾取。来自这些传感器的数据，将被用于创建身体内部结构的图像。

研究人员可以通过PACT图像在消化道中跟踪微型机器人的位置并找到肿瘤。一旦微型机器人到达肿瘤附近，就可以通过高功率连续近红外激光束激活它们。微型机器人在红外光照射下会被短暂地加热，使周围的蜡胶囊熔化，并将其暴露在消化液中。此时微型机器人的“泡泡喷射器”激活，微型机器人开始聚集。接着，它们将附着在肿瘤表面，并释放药物。

五、微型机器人检查结肠是否有疾病的早期迹象

英国的专家已经证明技术上可以在结肠内引导一个微小的机器人胶囊来拍摄微超声图像。

这款机器人由利兹大学研发，被称为Sonopill，有朝一日它可以取代患者进行内窥镜检查的需要，微超声图像还具有更好地识别与癌症相关的某些类型的细胞变化的优点。

Sonopill是一个小型胶囊，直径为21毫米，长度为39毫米，工程师们说可以按比例缩小。胶囊内装有微型超声换能器，LED灯，摄像头和磁铁。

这种称为智能磁力操作的技术，基于磁体可以相互吸引和排斥的原理，一系列磁体与胶囊内的磁体相互作用，轻轻地通过结肠。使用的磁力是无害的并且可以穿过人体组织，从而不需要机械臂和胶囊之间的物理连接。人工智能系统（AI）确保光滑的胶囊可以正确地定位在肠壁上，以获得最佳质量的微超声图像。可行性研究还表明，如果胶囊脱落，AI系统可以将其导回到所需位置。

一根非常小的柔性电缆系在胶囊上，通过直肠进入体内，并医院检查室的计算机上。

总结：

近年来，机器人不仅用于工业领域，在医疗系统也已得到推广应用。目前，关于机器人在医疗界中的应用的研究主要集中在外科手术机器人、康复机器人、护理机器人和服务机器人方面。外科手术机器人目前应用范围最广且最具前景，其提供的强大功能克服了传统外科手术中精确度差、手术时间过长、医生疲劳、和缺乏三维精度视野等问题。

尽管机器人技术的许多应用仍处于早期阶段，机器人还没有准备好接管手术室，但如果机器人系统能够提高安全性和对患者的治疗效果，那么医学上的手术操作可能也会走上和汽车工业相似的自动化发展道路。现在无人驾驶汽车正进入我们的生活，我们回想一下不难发现，起初只能实现自动泊车，而后出现了可以提示司机不要进入错误车道的功能，之后很快就有了无人驾驶汽车。同样，手术机器人可以从协助外科医生开始，也许有一天，它们会全面接管整个手术室。

作者：TIMSANDLE

来源：DigitalJournal

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