手术器

从1985年美国工业机器人手臂PUMA 560完成了历史上首次机器人手术开始，手术机器人就作为一种精密医疗器械逐渐应用于临床中，成为医生手与眼的延伸，在手术中辅助医生完成精细操作。手术机器人可以在狭小的手术部位实现人类能力范围以外的精准手术器械操控，其应用是手术向微创精准化方向发展的必然趋势。近期，随着国产手术机器人走向市场，以及《“十四五”医疗装备产业发展规划》为手术机器人产业发展再次吹起东风，手术机器人成为医疗器械行业重点关注对象。支持政策频频出台 国产手术机器人实现“落地”我国手术机器人行业起步较晚，不仅市场处于发展初期，产品也大多仍在研发过程中。近年来我国出台一系列政策，将手术机器人列为重点支持方向。如2021年12月21日发布的《“十四五”医疗装备产业发展规划》就明确指出要“攻关智能手术机器人，加快突破快速图像配准、高精度定位、智能人机交互、多自由度精准控制等关键技术”。在政策支持下，国产手术机器人技术取得显著突破，上市进程明显加快。2021年2月，天智航“天玑2.0”骨科手术机器人获批上市；10月，威高“妙手-S”腔镜手术机器人获批上市；2022年1月微创“图迈”获批，成为继威高妙手后第二款国产腔镜手术机器人。两款国产腔镜手术机器人成果进入市场，打破了美国直觉外科“达芬奇”手术机器人的垄断地位，为市场带来更多选择。光学技术 不止看得更清晰手术机器人的主要组成部分包括手术控制台、配备机械臂的手术车及视像系统。外科医生坐在手术控制台，观看由放置在患者体内的腔镜传输的手术部位三维影像，并操控机械臂、手术器械及腔镜的移动。机械臂作为手的延伸，不但可以复制双手的活动，而且还过滤了人手本身的震颤，提高手术操作的流畅度和精准度。而视像系统是眼的延伸，不仅为医生提供三维高清图像，同时还有数字变焦功能，使医生能够流畅地放大视野。如“妙手”机器人的“立体图像显示窗口”利用探视镜头在提供三维立体高清图像的同时可以将手术视野放大数倍，可以帮助医生突破人体极限。除了三维医学影像重建之外，光学技术在手术机器人中的应用还有医学影像定位导航功能。手术导航系统通过基于二维透视图像或者三维重建图像的空间定位算法实现空间定位，帮助医生精准定位病灶区域位置和方向，提高手术精度。光学导航是常见的导航方法，基于光学定位系统对并联机器人与患者进行位置和姿态的标定，得到“图像-患者-机器人”三者之间的位置和姿态关系，帮助医生控制并联机器人完成虚拟手术操作。光学定位系统通常包含反光球、光学定位仪等。5G与AR/VR 智能技术带来新可能随着5G技术的兴起，基于低延时网络的远程操作成为可能。手术机器人与5G也有良好的结合空间。在5G网络环境下，医学远程会诊可以从传统的视频、图片等二维呈现方式转化为三维立体视觉呈现方式，实现患者病灶部位全息投影成像。同时通过边缘部署将网络延迟降到最低，5G技术可以实现医生与机器人的“实时”同步操作，让医生可以为几千公里之外的病人实施手术。三维立体视觉则可以通过AR/VR/MR技术实现，相关技术结合5G的远程医疗案例在前几年就已经掀起热潮。早在2015年，微软就推出了可穿戴式AR设备HoloLens，总部位于德国柏林的Scopis推出全息导航平台，利用Hololens头显为外科手术提供更精确和快速的手术引导。而在国内，深圳市人民医院于2019年3月12日利用5G通过AR/VR技术成功实施了一例肝胆外科手术。清华大学长庚医院董家鸿院士在北京给深圳市人民医院肝胆胰外科鲍世韵手术团队进行精准指导，共同完成该例AR/VR+5G协同远程手术。通过5G+AR/VR/MR的结合实现远程手术是手术机器人未来的发展方向，高清近眼显示技术将成为一大重点。裸眼3D显示、双眼分视、微型发光二极管（Micro-LED）显示等技术正随着AR/VR技术的大热而快速发展，“元宇宙”概念的升温更是将AR/VR硬件推向高潮。而当技术突破应用于医疗领域，手术机器人也将获得飞跃式进步。手术机器人进入黄金赛道虽然目前国内手术机器人的市场渗透率较低，但是市场发展火热。近几月有多家专注开发手术机器人的公司完成融资，其中不乏数亿级以上的A轮或B轮融资，相关统计数据显示2021年手术机器人总融资金额超过30亿元。同时，手术机器人的市场规模也在快速扩大，根据弗若斯特沙利文数据，预期未来国内手术机器人市场将以44.3%的复合年增长率快速增长，于2026年达到38.4亿美元。而国产手术机器人的接连获批上市也使国内企业能分到这块蛋糕。更多光学技术，尽在慕尼黑上海光博会光学技术作为手术机器人的核心技术之一，在国产手术机器人的发展中至关重要。2022年7月13-15日，第十七届慕尼黑上海光博会将在国家会展中心（上海）举办，展会就将汇聚来自光电子领域的重要企业，展会将集中展示激光智能制造、激光器与光电子、光学与光学制造、检测与质量控制（含红外技术与应用产品特色展示）以及成像与机器视觉六大主题领域创新产品及应用解决方案。作为行业内知名的光学盛会，光学与光学制造展区也将结合当下行业发展趋势，展品涵盖光学材料、元器件、镜头组件、整机仪器、镜头与摄像等各类光学产品、设备与技术。更有索雷博、普爱纳米、贺利氏、艾罗德克、艾特蒙特、小原光学、舜宇、长光所、成都光明、力阳、芬创、海洋光学、牛津仪器、如海、斯泰必鲁斯、中科创星、福晶、永新、福特科、华科、激埃特、湖南戴斯、乾曜、东隆、莱特巴斯、首量、昊量、海创、卓立汉光、芯明天、全欧、三英等各悉数到场，为您带来一场行业新知的视觉盛宴！同时，在检测与质量控制展区将展出各类质量检测和过程控制所需的创新产品和技术，包括光学特性测量、光学测量技术及仪器、光学传感器、光学检测系统应用、激光辅助测试测量系统等，优质展商齐聚，其中包括：滨松、三丰、蔡司、雷尼绍、马波斯、海德汉、马尔、柯尼卡美能达、Instrument System、Ademsy、Sensofar、小坂、米铱、日立、堀场、苏黎世仪器、米铱、奥智品、施泰力、STIL、西努、中图仪器、台超、中智科仪、比尔茨、前哨等知名展商带来各自的创新技术与产品。2022展位预定火热进行中，让更多从业者了解最新的创新技术及成果，共同探讨行业新趋势。镭sir期待您的加入！访问此链接报名参与第十七届慕尼黑上海光博会：https://jinshuju.net/f/Lg1ga1慕尼黑上海光博会电话：021-20205500邮箱：laser@mm-sh.com

近日，中国科学院深圳先进技术研究院医工所微创中心研究员王磊团队在基于布拉格光栅光纤传感原理在微创手术的应用——活体组织触诊的研究中实现了活体组织的精准力信息反馈和肿块信息的定位检测功能。相关研究成果以Development of a Fiber Bragg Grating-based Force Sensor for Minimally Invasive Surgery ―Case Study of Ex-vivo Tissue Palpation为题，发表在IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement上。　　随着医疗技术的快速发展，微创手术（MIS）逐渐成为现实。但是，传统手术中发现的一些问题仍与MIS有关。例如，在进行微创外科手术期间，医护人员会暴露在手术室中发现的放射线和整形外科危害中。引入机器人辅助微创手术的技术成为了比传统微创手术更好的替代方案；然而，机器人辅助手术过程中伴随着外科医生的触觉丧失。外科医生通过操作机器人来进行微创手术，手术期间医生无法直接接触人体组织并且分析人体器官，因此无法保证所进行的手术的可靠性。在传统手术过程中，医生通过触觉去感知器官的异常情况，进而判断器官中是否存在肿瘤和肿块。但随着医疗机器人的普及，这种可获得的触觉信息尚未有效集成到机器人辅助的微创手术中，因此要求机器需要具有更高精确度和灵敏度的触觉信息反馈。深圳先进院科研人员在此基础上提出一种用于微创手术组织触诊中的高灵敏度布拉格光栅光纤（FBG）传感方案，与以往的电容式传感方案不同，光纤传感器与手术期间的磁共振(MR)系统和成像系统兼容。 　　为此，研究设计了用于微创手术的一维远端力传感器。其中，传感器结构中嵌有双光栅元件可用于解耦传感器在使用过程中受到的应变和温度交叉影响，实现更精准的力觉检测。研究中，科研人员基于双光栅元件结构设计出发，推导出相应的柔性结构理论模型。通过fmincon函数对柔性件进行了基于物理模型的优化设计，确定了结构的关键参数。采用有限元法对柔性件的静态和动态特性进行分析，在理论基础上验证了该柔性件的可行性。为了进一步提高传感器性能，并基于前馈神经网络对数据进行标定，该网络模型可精准预测力与波长偏移量的关系。研究还进行了温度补偿实验，验证了双光栅元件能够有效的进行温度解耦方案。实验结果表明，FBG传感器能够在1N范围内感知力值，平均相对误差小于满量程的2%；温度补偿后的误差0.8 mN。科研人员进一步对猪肝器官进行组织触诊实验，验证所提传感器设计在微创手术中的有效性和适用性。 　　研究实现了组织触诊中器官肿块信息的精准力反馈和定位检测，并提出了新型的温度解耦方案和传感器标定方法，为微创手术中手术机器人的触觉信息检测提供了有效技术路线，有望推动手术机器人在介入式医疗中的手术路径导航和机器控制中的应用。 　　研究工作得到国家自然科学基金、深圳市科技计划等的资助。 　　论文链接

使用一种基于质谱分析的技术探测肿瘤的代谢物，科研人员报告称，实时诊断可能有助于外科医生在手术室跟踪人类大脑肿瘤的范围。外科切除肿瘤常常需要诊断信息，目前是通过病理学家辛苦而耗费时间的活检显微检查获得的。　　Nathalie Agar及其同事使用一种称为电喷雾解吸电离质谱(DESI-MS)的技术，用最少的样本处理在手术室迅速执行，从而检测2-HG，这是一种见于IDH-1 和IDH-2基因突变的人类大脑肿瘤的代谢物，这两种基因为参与细胞生长和分化的酶编码。　　研究人员使用电喷雾解吸电离质谱(DESI-MS)在数分钟时间里区分了有IDH突变的人类大脑肿瘤样本和没有IDH突变的样本，而这种代谢物清晰地勾画出了肿瘤的范围，并且探测到了渗透的肿瘤细胞&mdash &mdash 这类能力被认为对于优化肿瘤切除和手术的结果具有关键意义。使用安装在美国波士顿的Brigham和女性医院的一间手术室的一台质谱仪，研究人员在手术期间测量了来自两名患星形细胞瘤的脑瘤病人的活检样本中的2-HG，他们提出这种方法可能用于实时诊断，并且有可能清除用其他方法可能会遗漏的肿瘤细胞。　　研究人员说，电喷雾解吸电离质谱(DESI-MS)仪器可能有助于描述肿瘤，比组织病理学检查更有效，它们可以安装在手术室中，成本只有用于间接神经外科导航的外科手术MRI机器的一小部分。　　原文检索：　　Sandro Santagata, Livia S. Eberlin, Isaiah Norton, David Calligaris, Daniel R. Feldman, Jennifer L. Ide,Xiaohui Liu, Joshua S. Wiley, Matthew L. Vestal, Shakti H. Ramkissoon, Daniel A. Orringer,Kristen K. Gill, Ian F. Dunn, Dora Dias-Santagata, Keith L. Ligon, Ferenc A. Jolesz,Alexandra J. Golby, R. Graham Cooks, and Nathalie Y. R. Agar. Intraoperative mass spectrometry mapping of an onco-metabolite to guide brain tumorsurgery. PNAS, June 30, 2014 doi:10.1073/pnas.1404724111