达芬奇手术机器人系统技术分析_杜志江

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1、特特稿稿Feature达芬奇手术机器人系统技术分析杜志江杜志杜志江哈尔滨工业大学机器人研究所表1三种外科手术技术特点的比较[4]1引言传统开放手术传统腹腔镜手术daVinci机器人手术自上世纪90年代起，机器人辅助微创外科手术逐渐成为一个显著的发展趋势。以AESOP、ZUES眼手协调降低，视觉图像和控制手柄在同眼手协调自然的眼手协调范围和操作器械的手一个方向，符合自然和daVinci（达芬奇）系统为代表的外科手术机不在同一个方向。的眼手协调。器人系统在临床上的成功应用引起了国内外医学术者直接控制手术术者须和持镜的助手术者自行调整镜头，界、科技界

2、极大的兴趣。当前，以达芬奇为代表手术控制视野，但不精细，配合，才能看到自己直接看到想看的视有时受限制。想看的视野。野。的微创手术机器人逐渐成为国际机器人领域的前[1]直视三维立体图二维平面图像，分辨直视三维立体高清图沿和研究热点。由IntuitiveSurgical公司研成像技术像，但细微结构难率不够高，图像易失像，放大若干倍，比发的达芬奇机器人2000年通过美国FDA认证，是目以看清。真。人眼更清晰。前最先进的机器人手术辅助系统。该系统融合诸直观、灵活，但有器械只有4个自由度，仿真手腕器械有7个多新兴学科，实现了外科手术微创化、智能化和灵活性

3、、性时达不到理想的精不如人手灵活、精自由度，比人手更灵准确数字化。截止2010年，达芬奇微创手术机器人系度。确。活、准确。统已在全世界装机1752台，已经成功开展了25万直观的同向控制。套管逆转器械的动器械完全模仿术者的多例机器人手术，手术种类涵盖泌尿外科、妇产器械控制作，医生需反向操作动作，直观的同向控科、心脏外科、胸外科、肝胆外科、胃肠外科、方式器械。制。耳鼻喉科等学科[2]。人手存在自然的颤套管通过器械放大了控制器自动滤除震稳定性抖。人手的震颤。颤，比人手稳定。2达芬奇手术系统创伤较大，术后恢微创，术后恢复较微创，术后恢复较创伤性复慢。快

4、。快。达芬奇手术系统主要由控制台系统、操作臂常规的手术风险。常规的手术风险外，常规的手术风险外，系统和成像系统组成，其中控制台系统由计算机系安全性存在一些机械故障的机械故障的概率大于可能。腔镜手术系统。统、手术操作监视器、操作手柄、脚踏板及其他输入输出设备组成。手术时外科医生可坐在远离手术术者采取坐姿，利于术者站立完成手台的控制台前，借助三维视觉，双手控制主操作术者姿势术者站立完成手术。完成长时间、复杂的术。手术。手，手部动作传达到机械臂及手术器械，完成手术操作。这种主从控制的工作方式增加了操作的精确性和平稳性[3]，其技术优势见表1。2.1控

5、制台系统技术特点达芬奇机器人的技术优势源自出色的设计，下以达芬奇Si系统为例，其控制台系统由计算机系面就控制台系统、臂系统、系列化微器械、视觉系统、手术操作监视器、三维图像观察器、操作手柄、统的技术特点分别加以介绍。脚踏板及其他输入输出设备组成。控制台系统同样拥14《机器人技术与应用》双月刊第4期特特稿稿Feature有计算机硬件及软件，其计算机硬件包括4～5个奔腾许器械或摄像机绕其可旋转关节手动摆位。持镜臂可控制台左侧面板右侧面板臂系统助力推车图1达芬奇Si控制台系统图2达芬奇Si臂系统处理器，并留有扩展槽以备进一步升级（图1）。以握持任一标

6、准的12mm套管及通过此套管的摄像机。主操作手采用串联结构，具有较大的工作空间外周臂与特制的8mm套管固连。出于安全性和人机工效和高度的灵活性。主操作手在所有方向上可实现自学考虑，机械臂通过机械及电力来平衡。机械臂通常由独立运动，允许对器械和摄像机进行直观控制。不必消毒处理，而是通过无菌塑料袋进行包装以实现Si系统还将原脚踏板的摄像机调焦功能转移到了主与手术环境的隔离[5]。操作手上面，扩展了主操作手的功能。2.3手术微器械技术特点随着达芬奇系统的升级换代，其脚踏控制器为适应手术多样化的需求，达芬奇专用外科手术的形式随之发生变化，如Si系统去掉

7、了调焦踏板，器械呈现系列化的特点，如爪钳、针持、电凝钩。借并对踏板进行了分层排布，以防止踏错。达芬奇脚助独特设计的快速接口，术中可以极为方便地对器械踏实际上是一个具有切换功能的开关电源控制器，是通过切换控制线路来工作的。当踩下摄像机踏板时，主操作手与机械臂的控制线路断开，此时主操作手可以调整摄像机的位置，直接实现视野的上下左右移动及旋转。放开摄像机脚踏可使主操作手与机械臂重新获得连接。离合器脚踏板可以实现主操作手和控制端的脱离，在机械臂系统完全不动的情况下，主操作手可以移动到符合人机工程学的位置。达芬奇还有一个脚踏板控制电热系统，此外还有一个备

8、用脚踏板。达芬奇系统Si以前的版本还设置许多输入装置，如控制面板上设置的摄像机和内窥镜校准、主从动作比例、控制键、紧急停止键和待命键等。图3达芬奇En