【ZiDongHua 之創(chuàng)新自科文收錄關鍵詞： 雷克智能   術銳機器人   傳感器  智能手術  】
　　
　　術銳機器人：單孔技術創(chuàng)新填補國內醫(yī)療領域空白
　　
　　我國常見的消化道腫瘤中，胃癌、結直腸癌分別位列第一、第二。不同于開腹手術的治療方式，單孔腔鏡機器人輔助下的腹腔鏡手術單一戳孔式創(chuàng)傷小、對臟器損傷弱、疤痕不明顯，是一種更新型的微創(chuàng)手術，又被稱為超級“鑰匙孔”手術，為胃腸道腫瘤患者帶來福音。
　　
　　7月19日，一場特殊的手術在上海瑞金醫(yī)院緊張進行。69歲的張伯（化名）患有胃癌，趙任教授和團隊對病人情況評估研討過后，決定采用國產機器人進行手術。這是世界首例完全應用中國國產單孔腔鏡機器人完成的遠端胃癌根治術（畢-I式吻合），它的成功標志著國產單孔手術機器人在普外科臨床應用取得里程碑式的進展，而術中所使用的單孔腔鏡手術機器人來自北京術銳機器人股份有限公司（以下簡稱“術銳機器人”）。
　　
　　
　　▲北京術銳機器人股份有限公司創(chuàng)始人、上海交通大學教授 徐凱
　　
　　中國首款單孔腔鏡機器人
　　
　　近年來，腹腔鏡技術在胃外科、結直腸外科、肝臟外科、胰腺外科等科室中多有應用，并在一次次臨床實踐中逐步邁向規(guī)范化、標準化。微創(chuàng)腹腔鏡手術，是將內窺鏡和手術器械置入體內，將組織環(huán)境信息轉化為視頻信號傳輸至屏幕顯像，再通過冰凍病理、術中磁共振等技術觀察腫瘤細胞生長浸潤范圍，有的放矢地切除腫瘤組織，清掃癌灶引流區(qū)域的淋巴結。以腹腔鏡手術為代表的微創(chuàng)手術，雖然創(chuàng)口美觀，感染概率低，但存在手術視野小、復發(fā)概率大、人工操作難度系數高等痛點，縱使在同一臨床領域，也不能將微創(chuàng)視為治療所有病狀的不二法門。
　　
　　機器人輔助腹腔鏡外科手術系統(tǒng)的問世，大幅拓寬微創(chuàng)手術適應證。根據創(chuàng)口不同，機器人輔助微創(chuàng)腹腔鏡手術通?？煞譃閱慰缀投嗫變煞N方式。多孔機器人輔助腹腔鏡手術是以“一大孔+多小孔”的方式開展，即“觀察孔+若干操作孔”，單孔機器人輔助腹腔鏡手術是在肚臍部分建立一個2~3厘米的切口，經單一通道置入腔鏡和操作鉗等手術器械操作，并利用臍部皺襞遮擋手術切口，達到無瘢痕的效果。相比之下，多孔機器人輔助腹腔鏡手術操作空間大，單孔機器人輔助腹腔鏡手術對腹內臟器擾亂更小，患者恢復周期更短。
　　
　　機械臂的操作精度、操作鉗的靈活轉彎、器械末端的力反饋，都是機器人輔助微創(chuàng)腹腔鏡手術系統(tǒng)亟待破拆的核心技術壁壘。誠然，技術迭代方向不局限于以上三者，但這些高精尖技術足以使眾多手術機器人研發(fā)主體在創(chuàng)新道路上舉步維艱。這一點在單孔腹腔鏡手術機器人系統(tǒng)領域尤為顯著。多種器械遵循同一路徑進入體內，分布密集，體外的器械和內窺鏡柄部相互干涉，“操作三角”難以成形，這對單孔腹腔鏡手術機器人系統(tǒng)提出嚴苛挑戰(zhàn)。
　　
　　美國直覺外科公司研發(fā)的“Da Vinci SP”于2018年經FDA（Food and Drug Administration，美國食品藥品監(jiān)督管理局）批準上市，開拓了單孔手術機器人系統(tǒng)的先河，但由于其產業(yè)和技術先進性，目前尚未向中國出口。2023年6月20日，術銳機器人旗下“腹腔內窺鏡單孔手術系統(tǒng)”獲得國家藥品監(jiān)督管理局上市批準，成為中國首臺通過創(chuàng)新醫(yī)療器械特別審查程序的單孔手術機器人，有效填補國內空白。
　　
　　
　　
　　▲術銳機器人“腹腔內窺鏡單孔手術系統(tǒng)”獲批上市
　　
　　獨辟蹊徑，克服單孔手術局限性
　　
　　多孔腹腔鏡手術機器人系統(tǒng)的手術器械呈硬質直桿狀，依靠體外機械臂而運動，傳感器分布在其每個關節(jié)上，以實現高精度的特性。而單孔腹腔鏡手術機器人系統(tǒng)手術臂纖細，外徑僅8毫米，工作在高頻高壓電的狀態(tài)下，無法在關節(jié)中加入傳感器，僅依靠過去傳統(tǒng)的常規(guī)機械結構，很難滿足高精度的手術要求。
　　
　　“在很小的外徑條件下，以純機械結構實現和多孔機器人一樣的控制精度，難度完全不在一個量級上。而術銳單孔機器人精度能接近多孔機器人，這得益于我們自主研發(fā)的可形變連續(xù)體機構”，術銳機器人創(chuàng)始人、上海交通大學教授徐凱解釋道。術銳機器人研發(fā)團隊獨創(chuàng)性地研制出一種由近端構節(jié)、導向鋼管束以及遠端構節(jié)組成的“可形變連續(xù)體機構”。使用十余根鎳鈦合金細桿作為結構骨，連續(xù)貫穿仿生蛇形手術臂，近端構節(jié)的彎轉，帶來結構骨的推拉運動，這些推拉運動傳遞到遠端構節(jié)，協同將遠端構節(jié)向相反的方向彎轉，如此將三維運動信息從病人體外的驅動電機端傳導至體內，實現雙構節(jié)、八方向彎轉的靈活運動。
　　
　　
　　
　　▲可形變連續(xù)體機構
　　
　　在可形變連續(xù)體機構中，鎳鈦合金細桿的材料選用和數量布置都經過了不計其數的演算和實驗篩選。作為結構骨，鎳鈦合金柔韌性強，相較于鋼絲不易磨斷；十余根結構骨同時受力，冗余布置，將負載能力顯著提高，即使其中一根斷裂，手術器械的整體性能幾乎不受影響，安全性較高。“由于手術中腹腔鏡鏡體和操作器械都是經肚臍單一切口進入腹腔，容易造成器械之間在腹腔內外的相互干擾，無法充分展開，這就是我們常說的‘筷子效應’，”徐凱介紹道，“相比于鋼絲驅動，鎳鈦合金細桿驅動的蛇形臂體側擺范圍大，具有連續(xù)彎曲形變特性，能夠比較容易地通過復雜形狀的腔道，靈活滿足單孔手術下各種運動需要，例如腹腔手術中典型的套圈、縫合、打結等一系列操作。”
　　
　　為實現精準的運動控制，建模時須考慮多種非線性力學的耦合效應，還需滿足實時高效計算的運算要求，是門檻極高的系統(tǒng)化關鍵技術。針對“面向連續(xù)體機構的形變驅控技術”的運動控制難點，術銳研發(fā)團隊兼顧了耦合效應的補償機制和輕量解析的運算結構，建立彈動力學復合模型，使連續(xù)體蛇形臂的運動控制性能進一步優(yōu)化。此外，術銳建立起一套特有的基于對偶連續(xù)體機構的手術器械設計，在不影響手術器械臂體形變彎轉的運動靈活性條件下，大幅度提高手術器械的負載能力和結構可靠性，實現手術器械在各種手術操作情景下的精準控制。除此之外，術銳在手術機械臂的構型設計優(yōu)化、遠心機構、力位控制、關節(jié)自平衡和多機械臂協同等方面均形成了知識產權壁壘和技術壁壘，以覆蓋各類手術應用場景及臨床需求。
　　
　　單孔微創(chuàng)使臨床受益廣泛
　　
　　術銳腹腔內窺鏡單孔手術系統(tǒng)具有手術切口更微創(chuàng)、操作更靈活、術中更穩(wěn)定、視野更廣闊等優(yōu)勢，已獲批應用于泌尿外科，同時婦科、普外注冊臨床試驗也已完成。歷經數十項中外醫(yī)療器械標準，數百個檢驗項的嚴苛檢驗，在臨床試驗中該單孔手術機器人的有效性和安全性也不斷得到驗證。
　　
　　對于醫(yī)生而言，術銳腹腔內窺鏡單孔手術系統(tǒng)可以高精準度完成手術操作，消除醫(yī)生手部生理性震顫，減少患者術中和術后的并發(fā)癥風險。此外，機器人操作可避免醫(yī)生長期站立工作，醫(yī)生可采取坐姿于操控臺操控手術機器人完成高難度復雜手術，有效緩解醫(yī)生于長時間手術中的疲勞感，提升手術安全性及效率，并可在一定程度上延長醫(yī)生的職業(yè)生涯。對于院方，手術機器人輔助手術的患者術后恢復時間更短，有利于加快病房周轉，提高病床和醫(yī)療資源的使用效率，也有利于充實院端診療設備，提升醫(yī)院學科建設、精進診療技術，助力醫(yī)院探索更多術式與治療方案，提高醫(yī)院的綜合競爭力。
　　
　　
　　
　　▲腹腔內窺鏡單孔手術系統(tǒng)主控臺車
　　
　　術銳機器人專利惠及全球醫(yī)患
　　
　　今年4月，國家衛(wèi)健委公布了新版配置大型醫(yī)療設備標準征求意見稿，對配置腹腔鏡手術機器人醫(yī)院的要求從省級領先醫(yī)院放寬到外科綜合實力較強即可，這意味著今后腹腔鏡手術機器人將有機會配置到地級市及縣域醫(yī)療機構。一直以來，術銳機器人加強技術試驗驗證，開展應用示范推廠，參與智慧醫(yī)院建設，組織開展產需對接，努力拓展下沉市場。同時，術銳機器人在高精尖技術演進方面也未有懈怠，不斷聯合醫(yī)院開展臨床試驗，開展高精度、穩(wěn)定性、可靠性等試驗驗證，完善制造工藝與檢測技術相結合的各類數據庫。
　　
　　
　　
　　▲山東省立醫(yī)院應用術銳機器人完成全球首例全國產單孔機器人全胃切除術
　　
　　此外，術銳機器人計劃從發(fā)達國家市場和“一帶一路”共建國家兩方同時入局全球市場，輻射中國制造的影響力。“術銳機器人海外市場的拓展仍處于前期發(fā)展過程，我們申請了加拿大和日韓等國的一百余個發(fā)明專利，可以隱約看見我們對于開拓全球市場的雄心，”徐凱透露道，“我們正在努力拿到歐盟和FDA的產品認證，并已經對歐美市場的落腳點有了初步的布局。”
　　
　　今天，手術機器人技術迅猛發(fā)展，視覺智能處理、機械臂物理構型優(yōu)化、操作端觸覺反饋、遠程醫(yī)療等醫(yī)療行業(yè)全方位創(chuàng)新活力迸發(fā)。無論是單孔腔鏡手術，還是其他每一處細分領域，唯有專注核心技術攻關，緊握自主創(chuàng)新與知識產權生命線，才能創(chuàng)造出行業(yè)認可的智能手術解決方案，助推中國醫(yī)療產業(yè)升級。
　　
　　閱讀更多內容，歡迎訂購《機器人產業(yè)》雜志。