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機(jī)器人援手泌尿外科腔鏡手術(shù)(外科手術(shù)機(jī)器人的前景展望)

醫(yī)案日記 2023-06-23 02:25:34

最近

,山東省立醫(yī)院泌尿腔內(nèi)微創(chuàng)中心主任金訊波教授及其助手趙勇主治醫(yī)師
,采用世界上最先進(jìn)的內(nèi)窺鏡定位器伊索3000
,為4例患者施行了泌尿外科腹腔鏡手術(shù)
。其中
,雙側(cè)精索靜脈曲張3例
;右輸尿管上段結(jié)石(尿毒癥患者)1例
。上述手術(shù)全部獲得成功。

以往在施行泌尿外科腹腔鏡手術(shù)時(shí)

,施術(shù)者需要助手操作觀察鏡
,這不僅占用手術(shù)空間,妨礙施術(shù)者操作
,而且會(huì)因助手長時(shí)間操作觀察鏡出現(xiàn)的疲勞
,導(dǎo)致觀察鏡發(fā)生抖動(dòng)
,從而造成手術(shù)視野模糊,影響施術(shù)者對(duì)細(xì)微病變的觀察

在上述4例手術(shù)中

,施術(shù)者在國內(nèi)泌尿外科領(lǐng)域首次采用世界上最先進(jìn)的內(nèi)窺鏡定位器伊索3000來輔助手術(shù)。伊索3000能精確地控制內(nèi)窺鏡
,因此可提供穩(wěn)定
、清晰的術(shù)野,確保各種內(nèi)窺鏡手術(shù)順利開展
,是開展高難度微創(chuàng)外科手術(shù)的有利設(shè)備
。模仿人類手臂形狀及功能而設(shè)計(jì)的伊索3000,最大的特點(diǎn)是可以完全按照醫(yī)生的要求不知疲倦地連續(xù)工作
,可以接受前進(jìn)、后退及上
、下
、左、右等多個(gè)聲音指令
。它既能在較大范圍內(nèi)快速移動(dòng)
,又能進(jìn)行小范圍的微調(diào),可大大縮短手術(shù)時(shí)間
,提高手術(shù)質(zhì)量
,減輕醫(yī)生的勞動(dòng)強(qiáng)度,給施術(shù)者以更大的操作空間

據(jù)悉

,伊索3000是宙斯(Zeus)外科機(jī)器人的一部分。宙斯外科機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程手術(shù)指導(dǎo)和手術(shù)操作
,這也是國際上最先進(jìn)的遠(yuǎn)程手術(shù)模式
。本次手術(shù)也對(duì)遠(yuǎn)程手術(shù)進(jìn)行了有意義的探索,并積累了一定的經(jīng)驗(yàn)

外科手術(shù)機(jī)器人的前景展望

在現(xiàn)在的手術(shù)室

,一般會(huì)有兩到三名外科醫(yī)生,一名麻醉師和幾名護(hù)士
,即使是最簡單的手術(shù)也需要這么多人
。大多數(shù)外科手術(shù)需要將近十來個(gè)人在手術(shù)室。手術(shù)機(jī)器人全部都是自動(dòng)化的
,這會(huì)最大限度地減少操作人員
。展望一下未來,外科手術(shù)可能只需要一名外科醫(yī)生
、一名麻醉師以及一到兩名護(hù)士
。在這個(gè)寬敞的手術(shù)室中,醫(yī)生坐在手術(shù)室內(nèi)或手術(shù)室外的計(jì)算機(jī)控制臺(tái)前,使用手術(shù)機(jī)器人來完成以前需要很多人才能完成的手術(shù)

使用計(jì)算機(jī)控制臺(tái)從稍遠(yuǎn)的地方進(jìn)行手術(shù)開創(chuàng)了遠(yuǎn)程手術(shù)的概念
,就是讓醫(yī)生從離病人很遠(yuǎn)的地方來進(jìn)行精密的手術(shù)。如果醫(yī)生不用站在病人的身旁進(jìn)行手術(shù)
,而是在離病人幾十厘米遠(yuǎn)的計(jì)算機(jī)臺(tái)旁遠(yuǎn)程控制機(jī)器人手臂
,那么下一步將是從離得更遠(yuǎn)的位置來進(jìn)行手術(shù)。如果可以使用計(jì)算機(jī)控制臺(tái)來實(shí)時(shí)移動(dòng)機(jī)器人手臂
,則在加利福尼亞的醫(yī)生就可以對(duì)身在紐約的病人進(jìn)行手術(shù)
。遠(yuǎn)程手術(shù)的主要障礙就是醫(yī)生手的移動(dòng)和機(jī)器人手臂做出的反應(yīng)之間的時(shí)間延遲。當(dāng)前
,醫(yī)生必須與病人同在一室
,以便機(jī)器人系統(tǒng)可以根據(jù)醫(yī)生手的移動(dòng)快速做出反應(yīng)。
手術(shù)室中人員的減少以及醫(yī)生可以遠(yuǎn)距離對(duì)病人進(jìn)行手術(shù)減少了醫(yī)療保健的費(fèi)用
。除了成本效益高之外
,機(jī)器人手術(shù)還有比傳統(tǒng)手術(shù)更優(yōu)越之處,包括更加精確以及減少病人創(chuàng)傷
。例如
,心臟搭橋手術(shù)現(xiàn)在需要在病人的胸口“切開”一個(gè)30.48厘米長的切口。而如果使用達(dá)芬奇或ZEUS系統(tǒng)
,可能是在胸口處做三個(gè)切口來進(jìn)行心臟手術(shù)
,每個(gè)切口直徑僅有1厘米。因?yàn)橥饪漆t(yī)生做手術(shù)時(shí)切口非常小
,而不是沿著胸口向下的很長的一個(gè)刀口
,病人受的痛苦也會(huì)少一些、流血也會(huì)減少
,恢復(fù)的就快一些

機(jī)器人還使醫(yī)生在長達(dá)幾個(gè)小時(shí)的手術(shù)過程中節(jié)省了體力。外科醫(yī)生在如此長的手術(shù)過程中會(huì)很疲憊
,結(jié)果可能手會(huì)顫動(dòng)
。即使最穩(wěn)定的人手也比不上手術(shù)機(jī)器人的手臂。達(dá)芬奇系統(tǒng)經(jīng)過程序設(shè)定可對(duì)手的顫動(dòng)這個(gè)缺點(diǎn)進(jìn)行補(bǔ)償
,因此如果醫(yī)生的手顫動(dòng)
,計(jì)算機(jī)會(huì)忽略此顫動(dòng),使機(jī)械臂保持穩(wěn)定

達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人治療疾病的優(yōu)勢(shì):
、達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人擁有三維影像技術(shù),可以向術(shù)者提供高清晰的三維影像
,突破了人眼的極限
,并且能夠?qū)⑹中g(shù)部位放大10-15倍
,使手術(shù)的效果更加精準(zhǔn)。
、達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人的機(jī)器手臂非常靈活
,而且具有無法比擬的穩(wěn)定性及精確度,能夠完成各類高難度的精細(xì)手術(shù)

、達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人治療疾病創(chuàng)傷非常小,不需要開腹
,手術(shù)創(chuàng)口僅在1厘米左右
,大大減少了患者的失血量及術(shù)后疼痛,住院時(shí)間也明顯縮短
,有利于術(shù)后的康復(fù)

外科醫(yī)生需要什么樣的智能手術(shù)機(jī)器人
?|醫(yī)生專欄


隨著智能化和機(jī)械化時(shí)代的到來

,機(jī)器人在醫(yī)療領(lǐng)域也有著越來越多的應(yīng)用場景,比如機(jī)器人輔助影像學(xué)閱片
,比如機(jī)器人輔助癱瘓患者康復(fù)鍛煉,比如機(jī)器人代替護(hù)士為患者發(fā)送藥物等等
。其中在外科領(lǐng)域
,近年來手術(shù)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)也如雨后春筍一般蓬勃發(fā)展, 包括以達(dá)芬奇為代表的軟組織手術(shù)機(jī)器人
,和骨科手術(shù)機(jī)器人為代表的硬組織導(dǎo)航手術(shù)機(jī)器人


各種手術(shù)機(jī)器人都有著其獨(dú)特的設(shè)計(jì)初衷與思路,通過不同的工科手段控制機(jī)器臂

,輔助完成部分/全部臨床手術(shù)操作
,滿足不同的臨床手術(shù)需求,希望通過機(jī)器臂輔助增加外科手術(shù)的精準(zhǔn)性
,達(dá)到提高手術(shù)療效
、減少手術(shù)相關(guān)并發(fā)癥、縮短手術(shù)時(shí)間的目的


不同的機(jī)器人原理不盡相同

,從外觀到內(nèi)部構(gòu)造差異巨大,作為一名醫(yī)生
,這不是我的專業(yè)
,無法準(zhǔn)確做出評(píng)價(jià)。 但外科醫(yī)生是使用操作機(jī)器人的主體
,醫(yī)生肯定希望機(jī)器人產(chǎn)品好用
、實(shí)用
那不如我們換一個(gè)角度,外科醫(yī)生需要什么樣的智能手術(shù)機(jī)器人呢
?我們的需求是否有什么共通之處呢
?是否我們的需求有著共同的解決辦法呢?下面我就從這個(gè)方面談?wù)勎业南敕ā?


01

智能化手術(shù)機(jī)器人的層次


在討論我們外科醫(yī)生需要什么樣的手術(shù)機(jī)器人前

我覺得有必要把“機(jī)器人”進(jìn)行一些層次的劃分
,不同層次的機(jī)器人滿足不同層次的需求,在不同的臨床層次上進(jìn)行應(yīng)用


(一)層次1

,機(jī)器。 機(jī)器具有這么幾個(gè)特點(diǎn):


第一

,重復(fù)性
機(jī)器可以按照指令反復(fù)完成重復(fù)性操作,保證每次操作的準(zhǔn)確性和一致性
,重復(fù)性操作中每次操作的差異很小


第二,無疲勞性

機(jī)器主要靠電能驅(qū)動(dòng)
,無疲勞感,每次操作的力度均勻一致
,不像人力操作
,重復(fù)多次操作后會(huì)產(chǎn)生體力和精神上的疲勞感。


第三

,穩(wěn)定性
機(jī)器擁有足夠的穩(wěn)定性,在完成某些精細(xì)操作時(shí)比人力穩(wěn)定性更強(qiáng)
,人力會(huì)受到肌肉的力量
、耐力、協(xié)調(diào)性等影響


第四

,準(zhǔn)確性, 機(jī)器會(huì)根據(jù)設(shè)定好的空間坐標(biāo)系
,準(zhǔn)確的從A點(diǎn)移動(dòng)至B點(diǎn)
,或找到空間坐標(biāo)系中的任意一點(diǎn),而人力不論是從A點(diǎn)到B點(diǎn)的移動(dòng)
,或?qū)ふ胰我庖稽c(diǎn)
,都需要較強(qiáng)的空間方位感。


(二)層次2

,機(jī)器人: 當(dāng)從層次1的機(jī)器進(jìn)化到層次2的機(jī)器人時(shí)
,就要具備一些特殊的能力
。人除了有靈活活動(dòng)的肢體外,還有視覺
、聽覺
、觸覺等感知覺。


因此我覺得機(jī)器人這個(gè)層次

,應(yīng)該也同樣具有這些感知覺
,比如機(jī)器人 擁有視覺, 可以主動(dòng)監(jiān)視機(jī)械臂的空間運(yùn)動(dòng)軌跡
,或者把人體組織進(jìn)行放大顯示
,或者通過虛擬影像將重要組織(如腫瘤組織、血管
、神經(jīng)等)進(jìn)行顯示
具有聽覺, 可以接受操作者的語音指令信息
具有觸覺
即力學(xué)反饋,告知操作者是否觸及人體組織
,及觸及了什么質(zhì)地的人體組織


(三)層次3,智能機(jī)器人: 當(dāng)從層次2的機(jī)器人進(jìn)化到層次3的智能機(jī)器人時(shí)

,無疑是要給機(jī)器人系統(tǒng)賦予人工智能


機(jī)器人可以具有一定的思維能力, 比如糾錯(cuò)能力

,當(dāng)機(jī)器人的視覺系統(tǒng)收集信息
,發(fā)現(xiàn)機(jī)器臂沒有按照既定軌跡進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)操作時(shí)
,及時(shí)報(bào)警或停止操作
比如規(guī)劃能力, 機(jī)器人可以預(yù)先設(shè)計(jì)好機(jī)器臂的運(yùn)動(dòng)軌跡
,并提交操作者進(jìn)行判斷是否準(zhǔn)確可行
比如分析能力, 機(jī)器人可以通過聽覺系統(tǒng)識(shí)別操作者的命令要求
,可以通過觸覺系統(tǒng)識(shí)別觸碰到的人體組織類型


由此可見,當(dāng)“機(jī)器人”每進(jìn)化一個(gè)層次

,它都更像一個(gè)真正的“人”而非單純機(jī)械
,都會(huì)具有更加強(qiáng)大的功能,也能為操作者(外科醫(yī)生)提供更好的幫助
,其應(yīng)用場景也就更加廣泛
但目前為止
,我覺得臨床上現(xiàn)有這些機(jī)器人都處于第一個(gè)及部分第二個(gè)層次,這就限制了其臨床應(yīng)用

02

外科醫(yī)生需要什么樣的智能化手術(shù)機(jī)器人


追求更高層次的機(jī)器人

,肯定能更好的服務(wù)于臨床。但具體上
,外科醫(yī)生需要什么樣的機(jī)器人呢
?外科醫(yī)生對(duì)機(jī)器人有什么具體要求呢?要回答這個(gè)問題
首先要明確一點(diǎn)
,我們到底需要一個(gè)獨(dú)立完成手術(shù)的機(jī)器人、醫(yī)生僅僅作為旁觀者和監(jiān)控者
,還是需要一個(gè)輔助完成手術(shù)的機(jī)器人
、醫(yī)生還是作為主導(dǎo)者和操作者。


不能否認(rèn)

,隨著技術(shù)的發(fā)展
,未來的某一天,機(jī)器人可以通過倫理
,獨(dú)立完成手術(shù)操作
,但就目前短期來看,恐怕我們還是需要后者更多一些
。如果按照這個(gè)思路去想
,外科醫(yī)生到底需要什么樣子的機(jī)器人呢?既然醫(yī)生是操作者
,機(jī)器人是輔助者
,那就像手術(shù)臺(tái)上主刀和助手的區(qū)別。我想一個(gè)優(yōu)秀的手術(shù)助手的標(biāo)準(zhǔn)
,就可以作為機(jī)器人的需求標(biāo)準(zhǔn)


我現(xiàn)在是北京市三甲醫(yī)院的副主任醫(yī)師,既當(dāng)過學(xué)生做過助手

,也作為主刀醫(yī)生要求過我的助手
。下面我就通過自身體會(huì),結(jié)合機(jī)器人特點(diǎn)
,談一談我對(duì)一個(gè)好的手術(shù)“助手”的認(rèn)識(shí)和需求
。手術(shù)助手分為一助、二助
、三助
、甚至四助,機(jī)器人剛才說了同樣分為不同的層次
,兩者之間有很多相互對(duì)應(yīng)的地方


(一)清晰的暴露手術(shù)術(shù)野: 開放手術(shù)助手需要將皮膚

、皮下組織、筋膜肌肉向周圍牽開
,顯露需要進(jìn)行手術(shù)的關(guān)鍵解剖部位
,在外科中俗稱“拉鉤”;腔鏡手術(shù)由于存在各種工作通道
,助手不需要牽拉肌肉
,但需要保持腔鏡鏡頭的穩(wěn)定,對(duì)準(zhǔn)需要進(jìn)行手術(shù)的關(guān)鍵解剖部位
,在外科中俗稱“扶鏡子”
;同時(shí)清晰的顯露手術(shù)術(shù)野還包括吸引器吸血等。


這些操作往往由三助

、四助
,即低年資醫(yī)師完成?div id="d48novz" class="flower left">
?墒莿e小看這些操作
,保持術(shù)野清晰是提高手術(shù)速度、保證手術(shù)精準(zhǔn)的前提要素
。許多大外科主任腔鏡手術(shù)都有“御用”“扶鏡子”的助手
;我在當(dāng)?shù)湍曩Y醫(yī)生時(shí)第一次得到我?guī)煾傅馁p識(shí),也是由于一次手術(shù)過程中準(zhǔn)確的“拉鉤”
,顯露出關(guān)鍵的解剖部位
,我?guī)煾刚f我看懂這種手術(shù)了,知道上級(jí)醫(yī)師需要什么


但就像上面我談到的

,人力是會(huì)疲勞的,助手的手部力量不足
,或術(shù)中注意力不集中
,會(huì)導(dǎo)致“拉鉤”拉不到位,“扶鏡子”扶不穩(wěn)
,從而影響手術(shù)進(jìn)度
。而機(jī)器臂方面則可以克服這些不足
,機(jī)械臂不會(huì)疲勞
,可以提供持續(xù)、恒定的牽引力或把持力
;機(jī)械臂還可以比人手更加靈活
,通過增加機(jī)械臂的關(guān)節(jié),術(shù)者可以根據(jù)自己需要隨意調(diào)整用力方向
,更好的滿足手術(shù)需要
。同時(shí)可以引入智能化
,如自動(dòng)追蹤術(shù)者手術(shù)操作部位,調(diào)整機(jī)械臂的方向角度
;通過術(shù)者語音控制
,調(diào)整機(jī)械臂角度;自動(dòng)識(shí)別出血
,進(jìn)行吸血操作等


(二)精準(zhǔn)化操作: 不論是主刀,還是助手(特別是一助)

,都需要精準(zhǔn)化的操作
,外科醫(yī)生最基本的素質(zhì)就是膽大、心細(xì)
、手巧
,其中手巧就表現(xiàn)在精細(xì)化的操作。


就拿我們脊柱外科醫(yī)生行腰椎減壓手術(shù)為例

,有些部位減壓
、骨質(zhì)去除操作(如去除棘突、部分椎板
、下關(guān)節(jié)突等)可以大刀闊斧
,但一旦到了神經(jīng)周圍,如去除椎板內(nèi)層和黃韌帶
、去除上關(guān)節(jié)突
、擴(kuò)大神經(jīng)根管,這些操作就要精雕細(xì)琢


這其中機(jī)器人可以進(jìn)行參與很多

,一些風(fēng)險(xiǎn)性低、重復(fù)性強(qiáng)的操作可以交給機(jī)器人完成
,如將椎板逐層磨削
、打薄
;而一些風(fēng)險(xiǎn)性高的操作可由機(jī)器人輔助完成
,如機(jī)械臂可以通過規(guī)劃定位,或光電感受器
,尋找硬膜
、神經(jīng)根位置和走行,協(xié)助術(shù)者避開神經(jīng)根
,從相對(duì)安全的位置開始進(jìn)行減壓操作
,逐步擴(kuò)大減壓范圍。


外科醫(yī)生手術(shù)中還很強(qiáng)調(diào)手感,比如我們脊柱外科醫(yī)生行椎弓根釘置入過程中

,需要靠開路錐感受椎弓根內(nèi)的松質(zhì)骨
,錐子進(jìn)入的過程中會(huì)有一種“踏雪感”,如果阻力突然增加
,那有可能觸碰到了椎弓根的皮質(zhì)
,需要調(diào)整方向,如果阻力突然消失
,那有可能穿破了椎弓根的皮質(zhì)
,造成置釘失敗或?yàn)?zāi)難性的損傷。


機(jī)器人輔助置釘也可以按此思路進(jìn)行新的手術(shù)器械的研發(fā)

,機(jī)器人可以帶有觸覺功能
,即通過各種應(yīng)力或光電傳感器,感受應(yīng)力或電信號(hào)的變化
,并將這些數(shù)據(jù)反饋給機(jī)器人
,從而由機(jī)器人判斷螺釘是否穿破椎弓根皮質(zhì)。


(三)更好的顯示效果: 主刀或者助手(特別是一助)還希望術(shù)中有更好的視覺顯示效果

,能夠清晰的顯示手術(shù)部位的重要解剖結(jié)構(gòu)(血管
、神經(jīng)、腫瘤瘤體
、骨骼解剖標(biāo)志點(diǎn)等)


而有些重要的血管、神經(jīng)都很細(xì)小

,人肉眼的分辨率是有限的
,加上外科醫(yī)生可能存在各種視力問題(如近視、散光
、老花等)
,這些因素都會(huì)影響醫(yī)生的判斷,造成血管
、神經(jīng)損傷


臨床上目前通過各種術(shù)中設(shè)備將這些重要結(jié)構(gòu)放大顯示,如脊柱外科

、耳鼻喉科
、血管科醫(yī)生應(yīng)用的鑲嵌式放大鏡,神經(jīng)外科醫(yī)生應(yīng)用的顯微鏡
,普外科
、泌尿科、胸外科
、婦產(chǎn)科醫(yī)生應(yīng)用的腹腔鏡
,骨科關(guān)節(jié)鏡、脊柱內(nèi)鏡等
,都是通過不同的設(shè)備將術(shù)野放大
,清晰的顯示原本細(xì)小的解剖結(jié)構(gòu),達(dá)到提高手術(shù)精度的目的


術(shù)野放大的好處是手術(shù)細(xì)節(jié)的清晰度增加

,但缺點(diǎn)是觀察范圍的縮小。 機(jī)器人可以整合這些設(shè)備
,通過不同的臨床需求調(diào)整最適宜的放大率
,并通過機(jī)械臂的高自由度調(diào)整最佳觀察角度,為醫(yī)生提供最佳的術(shù)野顯示
有時(shí)外科醫(yī)生還需要有一雙“透視眼”
,比如肺惡性腫瘤都藏匿于正常肺組織內(nèi),突出的椎間盤位于脊髓
、神經(jīng)根下方
,醫(yī)生需要通過自身經(jīng)驗(yàn)和術(shù)前影像學(xué)檢查,判斷病變組織位置



就拿我們脊柱外科為例

,就是最常見的腰椎間盤突出癥手術(shù),我們外科醫(yī)生首先需要去除部分椎板和關(guān)節(jié)突
,切開黃韌帶
,分離開神經(jīng)根,才能看見突出的椎間盤
。這些操作每一步都存在很多“陷阱”


骨質(zhì)去除少了影響觀察,去除多了影響穩(wěn)定性

;黃韌帶可能與下方硬膜
、神經(jīng)根粘連;神經(jīng)根本身位置可能存在各種解剖變異
;突出的椎間盤可能對(duì)神經(jīng)根擠壓
、使神經(jīng)根偏離正常位置;突出的椎間盤可能位于神經(jīng)根“肩上”
,也可能位于“腋下”
,可能向上游離至上位椎體后緣,也可能向下游離至下位椎體后緣


為了規(guī)避這些“陷阱”

,目前大都依賴于醫(yī)生對(duì)患者術(shù)前影像學(xué)資料(如CT、核磁等)的觀察
,通過人腦對(duì)各種組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行重建
,并術(shù)中根據(jù)自身經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行分析判斷
。機(jī)器人對(duì)圖像的重建、整合能力肯定優(yōu)于人腦
,可以術(shù)前準(zhǔn)確重建出病變組織的空間位置
,及其與周圍正常組織的毗鄰關(guān)系,并可以整合虛擬現(xiàn)實(shí)VR
、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)AR等技術(shù)
,通過這些技術(shù)進(jìn)行術(shù)中圖像輸出,為術(shù)者和助手提供病變組織位置
,及其與周圍重要組織(血管
、神經(jīng)等)位置關(guān)系。


這些特殊的顯示效果可以提高手術(shù)的精準(zhǔn)度,提升手術(shù)速度效率,減少術(shù)中副損傷的發(fā)生率

將來更加智能的機(jī)器人系統(tǒng)可能能自動(dòng)根據(jù)術(shù)者當(dāng)前操作過程提供相關(guān)的術(shù)野顯示效果,并可以按照術(shù)者的要求對(duì)術(shù)野進(jìn)行放大
、縮小顯示,或三維組織結(jié)構(gòu)信息顯示


(四)空間位置提醒: 作為一名好的外科醫(yī)生

,除了良好的手術(shù)技巧之外,空間位置想象能力也很重要
如剛才所述
,外科醫(yī)生需要通過大腦對(duì)患者術(shù)前影像學(xué)資料進(jìn)行重建、整合判斷病變組織位置
,分析患者解剖結(jié)構(gòu)有無變異
,如何通過解剖標(biāo)志尋找到病變組織。


比如我們脊柱外科醫(yī)生行椎弓根釘置入前

,需要術(shù)前分析患者CT資料
,在腦海中規(guī)劃置釘入點(diǎn)、置釘角度
,患者關(guān)節(jié)突增生可能影響入點(diǎn)選擇
,椎弓根傾斜度、椎體旋轉(zhuǎn)度可能影響置釘角度
。脊柱外科醫(yī)生行脊柱內(nèi)鏡手術(shù)時(shí)
,內(nèi)窺鏡放大細(xì)節(jié)的同時(shí)會(huì)出現(xiàn)術(shù)野的縮小,需要準(zhǔn)確判斷內(nèi)鏡位置
,在有限的視野內(nèi)分辨重要的解剖標(biāo)志點(diǎn)
,如不準(zhǔn)確時(shí)醫(yī)生要判斷需要向頭、尾
、內(nèi)
、外哪個(gè)方向調(diào)整內(nèi)鏡角度
,滿足手術(shù)需求。


脊柱外科醫(yī)生行開放手術(shù)時(shí)

,同樣需要術(shù)者和助手具有較強(qiáng)的空間位置感
,通過重要的解剖標(biāo)志點(diǎn)判斷需要減壓的位置,如頸椎后路椎管成形術(shù)
,需根據(jù)解剖形態(tài)判斷椎板和關(guān)節(jié)突連接部的位置
,判斷磨鉆使用的角度
,磨鉆位置過高
、角度不足可能導(dǎo)致椎板殘留,磨鉆位置過低
、角度過大可能導(dǎo)致磨入側(cè)塊內(nèi)


再如腰椎椎管減壓術(shù),需要準(zhǔn)確判斷椎板

、下關(guān)節(jié)突
、上關(guān)節(jié)突的相對(duì)位置關(guān)系,判斷各個(gè)部分去除的范圍
,既保證減壓充分
,又盡量保留關(guān)節(jié)突、最大程度維持腰椎術(shù)后穩(wěn)定性
;就連最常見的腰椎間盤突出切除術(shù)
,都需要準(zhǔn)確判斷椎間盤與神經(jīng)根之間的關(guān)系,避免遺漏脫出的髓核


外科醫(yī)生的空間感來源于手術(shù)經(jīng)驗(yàn)的不斷積累

、閱讀并重建術(shù)前影像學(xué)資料能力的不斷提升、以及一些空間位置感的天賦
。如果術(shù)者或助手位置感不強(qiáng)
,手術(shù)經(jīng)驗(yàn)少,不能準(zhǔn)確在大腦中重建出患者的影像學(xué)資料
,那就會(huì)造成手術(shù)失誤
,或者手術(shù)時(shí)間延長。


而機(jī)器人

特別是骨科機(jī)器人
,設(shè)計(jì)上就標(biāo)配有空間位置判斷能力,能夠根據(jù)患者術(shù)前或術(shù)中的CT掃描
,獲得患者重要組織結(jié)構(gòu)的全部空間信息
包括重要解剖標(biāo)志點(diǎn)、標(biāo)志點(diǎn)與標(biāo)志點(diǎn)之間
、標(biāo)志點(diǎn)與手術(shù)靶點(diǎn)之間的空間位置關(guān)系
,并將這些空間位置關(guān)系在機(jī)器人的電腦中進(jìn)行合成
、分析、定位


可是就目前而言

,機(jī)器人雖然存儲(chǔ)有患者重要組織的全部空間信息,但無法100%全部輸出給術(shù)者或助手
,比如脊柱手術(shù)機(jī)器人
,其輸出的僅僅是椎弓根的信息(椎弓根釘?shù)娜朦c(diǎn)、軌跡
、角度等)
,但其實(shí)機(jī)器人還存儲(chǔ)有椎板的厚度、傾斜度
,關(guān)節(jié)突的增生
、內(nèi)聚程度,椎間盤的高度
,神經(jīng)根的位置
、走行,突出的間盤與神經(jīng)根間的關(guān)系等等
,這些信息對(duì)于術(shù)中減壓過程很重要
,對(duì)于提高手術(shù)療效和安全性也很重要,卻沒有很好的將其進(jìn)行輸出


如果能將這些重要組織結(jié)構(gòu)的空間位置信息進(jìn)行恰當(dāng)?shù)妮敵?div id="jfovm50" class="index-wrap">,通過可行的方法手段進(jìn)行顯示,可以彌補(bǔ)術(shù)者及助手空間想象力不足的缺陷

,可起到事半功倍的效果
將來更加智能化的機(jī)器人可能能自動(dòng)跟蹤手術(shù)進(jìn)程,為術(shù)者提供當(dāng)前操作步驟所需的三維空間信息


(五)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警和糾錯(cuò)能力: 手術(shù)過程是一個(gè)術(shù)者與助手

,術(shù)者與護(hù)士,術(shù)者與麻醉師交互的過程
,在人與人不斷的交流中可以互相提醒
,查缺補(bǔ)漏,避免錯(cuò)誤
、失誤的出現(xiàn)
。特別是術(shù)者與助手的溝通,更顯得尤為重要
,好的助手可以幫助術(shù)者避免很多醫(yī)療事故的發(fā)生


我們脊柱外科開放手術(shù),往往是術(shù)者站在患者一側(cè)

,助手站在患者另一側(cè)
,由于觀察角度的問題
,骨質(zhì)結(jié)構(gòu)會(huì)造成視野造成干擾,術(shù)者會(huì)產(chǎn)生視覺盲區(qū)
。比如腰椎減壓手術(shù)去除上關(guān)節(jié)突這一操作
,術(shù)者站在患者左側(cè)去除左側(cè)的上關(guān)節(jié)突,但此時(shí)殘留的下關(guān)節(jié)突可能會(huì)對(duì)視野產(chǎn)生干擾
,就像打一口井
,要深入到井下打水,井壁會(huì)阻擋視線
。此時(shí)助手就顯得尤為重要
,他站在對(duì)側(cè),視線不受干擾
,當(dāng)術(shù)者進(jìn)行椎管減壓
,特別是神經(jīng)根管減壓時(shí)
,助手可以幫助術(shù)者分離神經(jīng)根與周圍組織的粘連
,協(xié)助觀察手術(shù)器械(椎板咬骨鉗、磨鉆等)是否會(huì)對(duì)硬膜及神經(jīng)根造成損傷


助手因年資

、手術(shù)經(jīng)驗(yàn)、手術(shù)專注度等的差異
,會(huì)造成風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警和糾錯(cuò)能力的不同
,從而直接或間接影響到手術(shù)的安全性。 此時(shí)如果引用機(jī)器人
,能夠通過各種機(jī)器人相關(guān)視覺系統(tǒng)
,觀察到手術(shù)全局,并在不同角度反饋給術(shù)者
,術(shù)者便可以更好的掌控手術(shù)全過程


還拿腰椎減壓手術(shù)舉例子,在術(shù)者同側(cè)引入觀察機(jī)器人

,可以判斷術(shù)者是否按照既定軌跡進(jìn)行減壓操作
,減壓范圍、深度
、手術(shù)器械與神經(jīng)根關(guān)系都可以得到精準(zhǔn)化
、個(gè)體化控制;而在術(shù)者對(duì)側(cè)的機(jī)器人
,可以通過顯示屏顯示助手視野
,術(shù)者在一些風(fēng)險(xiǎn)性較高的操作時(shí)可以利用對(duì)側(cè)圖像進(jìn)行參考,避免副損傷的發(fā)生


再比如椎弓根釘置入過程

,術(shù)者會(huì)預(yù)先設(shè)計(jì)好螺釘置入的入點(diǎn)
、軌跡、角度
、深度等信息
,并將這些信息傳遞給機(jī)器人,機(jī)器人可以監(jiān)視整個(gè)置釘過程
,當(dāng)螺釘置入偏離這些預(yù)定值時(shí)即出現(xiàn)報(bào)警
,提醒術(shù)者進(jìn)行進(jìn)一步判斷,置釘過程是否準(zhǔn)確


這就像我們開車時(shí)的后視鏡上的并線輔助

、道路偏航提醒、倒車影像等
,有經(jīng)驗(yàn)的司機(jī)可能用不到
,但在一些特殊情況下,這些風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警和糾錯(cuò)能力系統(tǒng)可以避免很多事故的發(fā)生
將來加入人工智能的機(jī)器人甚至可以做到人機(jī)交互
,機(jī)器人對(duì)手術(shù)過程中的錯(cuò)誤、危險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)警
,并提出相應(yīng)的解決方案
,使機(jī)器人更像一個(gè)擁有豐富經(jīng)驗(yàn)的手術(shù)助手。


(六)更便捷的操作方式: 機(jī)器人需要更加便捷

、符合術(shù)者習(xí)慣的操作系統(tǒng)
。智能手機(jī)之所以能取代傳統(tǒng)按鍵手機(jī),除了智能手機(jī)采用了更強(qiáng)大的芯片處理器
,更大量的觸屏操作
,更人性化的操作系統(tǒng),更快的圖像處理能力
,更快速的網(wǎng)絡(luò)連接外
,很大程度上在于智能手機(jī)包含有更多專門為其設(shè)計(jì)的應(yīng)用程序,這些應(yīng)用程序方便了我們的生活
,也改變了傳統(tǒng)的手機(jī)僅僅是通訊工具這一屬性


我們前一秒鐘還在看微信、刷微博

,下一秒鐘餓了需要各種外賣小程序進(jìn)行點(diǎn)餐操作
,或者在下一秒鐘因出門辦事需要打開導(dǎo)航小程序,又或者在下一秒鐘需要聽音樂放松一下而打開音樂播放器小程序
。這些都拓展了手機(jī)的應(yīng)用場景
,使其不僅僅是打電話發(fā)短信這么簡單。


機(jī)器人系統(tǒng)也是一樣,可以整合的因素太多太多了

,不應(yīng)該僅僅把它當(dāng)成是機(jī)械臂
,或者是導(dǎo)航的工具。它可以根據(jù)手術(shù)進(jìn)程呈現(xiàn)不同的應(yīng)用場景
,比如現(xiàn)在術(shù)者需要進(jìn)行椎弓根置釘
,那機(jī)器人可以作為導(dǎo)航機(jī)械臂,下一步術(shù)者需要了解脊柱畸形的程度
,機(jī)器人可以呈現(xiàn)患者術(shù)前的三維脊柱模型
,再下一步術(shù)者可能需要進(jìn)行截骨矯形,機(jī)器人可以呈現(xiàn)出截骨方案
,并預(yù)估截骨后的矯形程度


這些可以由不同的機(jī)器人完成,當(dāng)然最好是一個(gè)機(jī)器人包含不同的模塊

,需要哪種模塊就調(diào)取哪種模塊
,完成不同的功能。 總之一個(gè)機(jī)器人擁有越多的功能
,且擁有在不同功能間自由切換的能力
,其就可能擁有更廣闊的應(yīng)用市場。


以上就是我從一名臨床醫(yī)生需求的角度

,對(duì)醫(yī)療手術(shù)機(jī)器人及其發(fā)展的一些不成熟的想法和體會(huì)
,這其中有些可能是向往的烏托邦
,有些可能需要凝練出具體的科學(xué)問題加以解決
,有些可能是需要更專業(yè)的工科設(shè)計(jì)得以實(shí)現(xiàn)。


20年前沒有多少人會(huì)想象自己能擁有一部屬于自己的手提電話機(jī)且這部手機(jī)在一天大部分時(shí)間還不用于接打電話

,10年前沒有多少人會(huì)想象我們用手機(jī)打電話不僅能聽見對(duì)方的聲音還能看見對(duì)方的面容
,甚至3年前沒有多少人想象到我們連開會(huì)都變成在各自手機(jī)終端上進(jìn)行了。


沒有多少人能預(yù)測未來

,未來到底發(fā)展到什么科學(xué)技術(shù)水平
,但有一點(diǎn)是肯定的,科學(xué)技術(shù)的發(fā)展是讓我們的生活變得更加便捷
、簡單
、高效。


同樣我們醫(yī)療手術(shù)機(jī)器人也應(yīng)該如此

,機(jī)器人應(yīng)該要使我們的手術(shù)操作變得更加簡單
、精準(zhǔn)、高效
,機(jī)器人的設(shè)計(jì)應(yīng)該更加的小巧
、便捷,機(jī)器人應(yīng)該整合更多的功能和感知系統(tǒng)
,機(jī)器人應(yīng)該有更加強(qiáng)大的邏輯運(yùn)算和人工智能
,這樣才能使機(jī)器人擁有更加強(qiáng)大的生命力和更廣闊的應(yīng)用場景

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