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机器人“变身”骨科主刀医生

来源: 作者: 日期:2015-04-25 09:16:50 浏览:0

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▲智能骨科北京天智航公司供图

  它没有庞大的躯干,却有着一对可多维度转动的灵活机器臂;它没装GPS,却能凭借影像导航,将螺钉精准置入患者的身体中,为骨伤患者带来快速治愈疾病的希望。日前,北京积水潭医院携手多家单位基于影像导航和机器人技术创立的智能骨科手术项目获得2014年度北京市科学技术奖一等奖,该技术被认为开创了骨外科治疗智能化和微创化新时代。

  项目名称

  骨科疾病是临床常见病和多发病,骨科手术治疗的核心瓶颈问题是术者视野和操作的局限性。针对上述问题,由北京积水潭医院田伟院长牵头成立的项目组历经12年,医工企紧密结合,在38项国家和省部级课题支持下,明确了智能骨科手术操作规范,突破了影像导航、手术机器人、远程遥操作等关键技术群,形成了一套符合我国临床实际、拥有完全自主知识产权的智能骨科手术体系,实现了复杂手术标准化、常规手术微创化、关键操作智能化,极大地改善了手术效果。

  □揭秘

  医生动鼠标 机器人“操刀”

  面对传统骨科手术损伤大、并发症多、主要依赖医生经验等诸多问题,北京积水潭医院田伟院长在十几年前就开始着手构建智能骨科体系。现在的智能骨科机器人就是由北京积水潭医院与北京航空航天大学、中国科学院深圳先进技术研究院、北京天智航公司等单位共同发明的。

  骨科机器人是如何做手术的呢?在医疗机器人北京市工程实验室里,技术人员向记者介绍了机器人手术过程。以骨折为例,手术中,医生首先利用牵引床进行骨折的闭合复位,然后将透视机采集的X线影像传输到机器人导航系统工作站。计算机操作界面中,通过简单点击鼠标就可完成螺钉置入位置、方向及长度的手术规划,从而指挥机器人的机械臂自动完成空心钉置入的精确定位,医生仅需按照机器人的导航定向完成螺钉置入即顺利完成手术。

  技术人员称,骨科机器人主要由控制系统和执行系统两部分构成,控制系统是包含手术规划功能的计算机系统,相当于机器人的“大脑”,执行系统是一双可多维度移动的机械臂,相当于机器人的“手臂”,手术过程中“大脑”和“手臂”通过互相配合来辅助医生完成手术。对于比较复杂的脊柱手术,病人最担心的就是螺钉打入椎管内,有可能造成瘫痪等严重并发症。现在,这种手术也可以在机器人灵巧稳定的手臂操作下,微创进行了。

  准度超医生 手术不打颤

  在人们的印象中,做手术要找经验丰富的医生手术效果才有保障,不过有的时候,经验丰富的医生也比不上机器人的精准。“人的手都会疲劳,有时候稍微哆嗦一下,手术的效果就会大打折扣,而机器人辅助就可以很大地提高手术的稳定性,使骨科医生打出的钉子更加精准”,积水潭医院脊柱外科副主任医师刘亚军表示。

  刘亚军称,机器人辅助骨科手术应用计算机,把患者的影像资料如X光片、CT、核磁等进行叠加的分析处理,然后根据分析结果,控制机器臂完成一些医生不能完成或完成得不好的动作和步骤,很好地解决了传统手术中遇到的难题。

  导航定位精 患者辐射少

  目前,骨病患者接受传统骨科手术要先借助X线诊断设备,经反复透视,然后依靠医生的空间想象和徒手操作确定螺钉置入路径。这种方法一方面会使患者和医生长时间暴露于X射线,接受大量的辐射,另一方面,由于徒手操作无法实现精确的定位,螺钉置入的位置往往不能达到预期效果,从而出现骨折移位、骨折不愈合、神经血管损伤等并发症而导致手术失败。

  据刘亚军介绍,骨科机器人导航定位系统用X光机从正面和侧面对患者的伤骨拍摄图像,或者利用患者的术前或术中三维图像,经过计算机的精密计算,确定内固定螺钉的位置,引导医生完成螺钉的体内植入。“骨科机器人导航定位系统最大的优点就是能明显减少X射线照射次数,有效提高螺钉置入的准确性,从而缩短手术时间,减少创伤和出血,避免并发症的发生,真正实现骨折的微创内固定治疗。”

  异地可操控 及时救病患

  我国幅员辽阔,但优势医疗资源主要集中在发达地区,很多边远地区的骨伤患者无法得到最为及时、有效的治疗,很多患者因此致残,留下终身遗憾。随着互联网的发展,积水潭医院开发出基于窄带的遥规划技术,实现了机器人辅助骨科远程手术。

  手术可在两所异地医院之间进行,就好比医生的脑子在北京,医生的手通过网络和外地的机器人手臂连接起来。外地的机器人通过摄像机、话筒、电脑将手术现场所有的影像、声音通过网络传回北京,由北京骨科专家进行手术规划,并将规划指令迅速返回手术现场,现场的机器人在专家的指挥下执行手术动作。

  远程手术如果出现信号中断怎么办?对此,院方也有应急预案,“为保证手术安全,我们将提前设计的手术规划输入机器人程序,这样,在地震等自然灾害的情况下,即使网络条件比较差或者中断,也可以完成手术。”刘亚军说。

  □对话

  骨科机器人手术完成近2000例

  京华时报:目前机器人骨科手术已经完成了多少例?手术成功率如何?

  刘亚军:2004年,我国首台完全自主知识产权的骨科机器人,在积水潭医院成功完成了我国第一台机器人辅助骨科手术——胫骨骨折髓内钉内固定手术。截至目前,全国共完成近2000例骨科机器人手术临床应用。

  北京积水潭医院在长期的临床实践中,开发了多种新的手术技术,明显地提高了手术的安全性和精确性。比如在高风险的上颈椎内固定手术,螺钉准确率由79%提升至93%;骨盆骨折经皮螺钉内固定准确率由76%提高到100%。

  机器人手术减轻患者经济负担

  京华时报:机器人手术费用是不是略高于非机器人手术?

  刘亚军:由于属于高新技术,目前对于骨科机器人还没有明确的收费标准。从整体的社会效益来看,机器人手术除了精准、微创、患者恢复快,同时也可以减轻患者和家庭的负担。与传统手术相比,骨科机器人手术中减少透视73%,显著降低医患双方辐射伤,减少了手术并发症带来的额外经济负担和患者痛苦。以髋臼骨折智能化微创手术为例,原来需要昂贵的钛板内固定手术的病人现在只需几枚螺钉就可以完成,费用大大降低,内置物花费较传统切开复位手术降低91.6%。

  不断创新开创智能骨科新时代

  京华时报:目前骨科机器人技术上和应用上还存在哪些问题?未来骨科机器人应该朝什么方向发展?

  刘亚军:首先,导航和机器人技术本身有很多关键点还需要时间去突破。导航技术临床应用时间比较早,目前面对的最大问题就是医生的操作问题,医生需要熟练地掌握导航使用方法,避免临床应用中出现误差。

  而机器人技术目前临床应用范围还比较窄,现在主要用于骨折手术,一些过于复杂和危险的手术暂时还不能做,未来随着技术的不断完善,骨科机器人可以进行更多类型的骨科手术。

  未来智能骨科系统的应用想要更好地发展,需要业界共同朝这个方向努力。我们建立了一个体系,大家都可以学习,希望业内其他医院或机构可以提出更多的想法和观点,做一些创新的事情,在吸收他人先进知识的基础上做到更好。

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