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手術機械人的應用現狀與未來發展趨勢

作者:Star 發表日期:05 分類:

手術機械人的應用現狀與未來發展趨勢

手術機械人的基礎與優勢:空間定位能力提高、快速的計算機計算能力、3D數字化醫療影像。

近年來,機械人不僅用於工業領域,在醫療系統也已得到推廣應用。目前,關於機械人在醫療界中的應用的研究主要集中在外科手術機械人、康復機械人、護理機械人和服務機械人方面。

手術機械人是一組器械的組合裝置。它通常由一個內窺鏡(探頭)、刀剪等手術器械、微型攝像頭和操縱杆等器件組裝而成。據國外廠商介紹,目前使用中的手術機械人的工作原理是通過無線操作進行的外科手術,即醫生坐在電腦顯示屏前,通過顯示屏和內窺鏡仔細觀察病人體內的病灶情況,然後通過機械人手中的手術刀將病灶精確切除(或修復)。

外科手術機械人是目前應用範圍最廣且最具前景,其提供的強大功能克服了傳統外科手術中精確度差、手術時間過長、醫生疲勞、和缺乏三維精度視野等問題。

達文西系統由美國Intuitive Surgical(ISRG)公司開發和製造,1999年獲得歐洲CE市場認,次年被FDA正式批准投入使用。

此手術系統最初主要用於泌尿外科的微創手術,例如前列腺切除手術,現在被越來越多地應用於心外科,婦科以及小兒外科等外科微創手術。

醫用機械人手術數量從2005年25000例達到2016年65萬例。80%的前列腺切除手術是由機械人完成的。從全球市場來看,BCG波士頓諮詢數據顯示,截止2016年1月,全球醫療機械人行業每年營收達到74.7億美元,預計未來5年年複合增長率能穩定在15.4%。至2020年,全球醫療機械人規模有望達到114億美元。其中,手術機械人佔60%左右的市場份額。截止到2014年年底,直覺外科公司在全球銷售了3266台。2015年第三季,中國達文西46台,中國有三甲醫院1079家,滲透率為4.3%。從另一角度看,這也表明中國的醫療機械人產業還大有可為。

中國手術機械人正在打破「達文西」的技術壟斷。

2013年11月,國家「863」計劃資助項目——「微創腹腔外科手術機械人系統」,由哈爾濱工業大學機械人研究所研製成功,並通過國家「863」計劃專家組的驗收。

威高集團的「妙手S」微創手術機械人

「妙手S」微創手術機械人是與天津大學合作研發、具有自主知識產權的第三代微創手術機械人,可實現模塊化組裝。目前已開展腔鏡手術機械人技術研究和臨床動物實驗,順利完成了膽囊摘除、腸癌根治等複雜臨床手術,現在已經成功為六位患者實施手術,標誌着我國的腹腔微創手術機械人已進入臨床試驗階段。2014年04月,中南大學湘雅三醫院順利完成了3例國產機械人手術,這是我國自主研製的手術機械人系統首次運用於臨床。

NeuroArm是目前唯一一個兼容MR的立體定向機械人。

Medtech SA成立於2002年,總部設在法國南部蒙彼利埃,是一家全球領先的手術輔助機械人系統研發商。公司的旗艦產品ROSA腦部機械人已經獲得歐洲、美國、中國、加拿大和澳大利亞的批准。目前主要用於功能神經外科,包括癲癇、帕金森病的手術。

國內有301、三博腦科醫院、天壇醫院、宣武醫院、瀋陽軍區總醫院等多家醫院裝備。

海軍總醫院與北京航天航空大學聯合開發的機械人系統CRAS(Computer and Robot Assisted Surgery,CRAS)。CRAS是國內手術機械人系統的先行者,已完成第六代的研製和臨床應用。該系統系統選用PUMA260、262機械人作為系統輔助操作的執行機構。

第一代機械人於1997年5月首次應用於臨床。第二代1999年研製成功,實現了無框架立體定向手術,這就是華志CAS-R-2。第五代機械人除了前四代機械人的特點外,自動定位功能更加先進,實現了視覺自動定位,使手術誤差更小,手術操作更加快捷安全。該系統能通過互聯網實施遠程操作手術。而北京柏惠維康的Remebot則是第六代產品,具有主動臂及更為智能的操作系統。產品是海軍總醫院(田增民)、北京航空航天大學(王田苗)、公司三方合作的結果。Remebot在臨床研究階段得到天壇醫院、宣武醫院、301醫院、鄭州大學第一附屬醫院的大力支持。

NeuroBlate® System則是應用激光系統的立體定向機械人。

國外產品有以色列Mazor Robotics的脊柱機械人;美國Curexo的關節機械人;美國Mako的關節機械人也有很強的市場發展。

手術機械人的老牌醫療公司Stryker也進入手術機械人市場,其選擇的方向則是:骨科。 Stryker公司是全球骨科356億美元市場中最大的公司之一,自從Homer Stryker醫生於1941年研製並生產第一台產品至今,已擁有30家現代化工廠。公司產品涉及關節臵換、創傷、顱面、脊柱、手術設備、神經外科、耳鼻喉、介入性疼痛管理、微創手術、導航手術、智能化手術室及網絡通訊、生物科技、醫用床、急救推床等。2013年,Stryker以16.5億美元收購Mako外科治療公司及其相關核心技術。Mako總部位於佛羅里達州,其主打產品包括Makoplasty全髖關節臵換系統等。MAKOplasty由具有高精確性的RIO機械臂系統和創新性的髖膝關節假體系統組成,二者突破了傳統工具的限制,用微創的手術方式,精確植入假體,恢復自然的髖關節和膝關節。MAKOplasty膝關節系統針對早到中期膝關節骨性關節炎患者,可進行單間室或多間室的假體臵換。允許醫生術中實時調整膝關節力線和軟組織平衡。並通過微創的手術方式保留更多骨質和組織,病人恢復更快。 MAKOplasty髖關節臵換手術可以通過機械臂精確限定關節銼進入的深度並指導方向和角度,從而達到手術更加精確和安全的目的。

新一代產品天璣是天智航的第三代國產骨科手術機械人,是世界上唯一一個能夠開展四肢、骨盆骨折以及脊柱全節段(頸椎、胸椎、腰椎、骶椎)手術的骨科機械人系統。產品由北京積水潭醫院(田偉)、北京航空航天大學(王田苗)、北京天智航醫療科技三方聯合研發。

天璣骨科手術機械人精準定位誤差不到1毫米。2016年11月16日,功能強大的「天璣」正式獲得國家食品藥品監督管理總局頒發的醫療器械註冊證,拿到了正式上市所需的關鍵「通行證」。「天璣」憑藉亞毫米級的高精準度的「眼」和高穩定性的「手」,遠遠領先於全球同類產品。在臨床試驗期間,「天璣」的上一代產品就已在全國十多家醫院使用,累計手術超過2000例。「瑪特I」骨科手術機械人也在躍躍欲試。

由於血管介入手術的發展迅速,以及血管介入應用機械人的良好前景,世界各國都在加快研發用於血管介入手術的機械人。 美國、以色列、日本、德國和韓國相繼開展血管介入手術機械人研究。

國家863項目,北京航空航天大學(王田苗、劉達)、北京理工大學(郭書祥)、海軍總醫院(田增民)與北京醫院(王大明)共同研發中國首款血管介入機械人。

更多的研究團隊在加入這個行列。北京天壇醫院(李佑祥)與北京理工大學(郭書祥)團隊;復旦大學團隊(餘波):自主研發國產遠程數控血管介入機械人,成功完成動物全腦血管造影手術。系統的專用數字導管頭部具有多重關節,各關節可向任意方位彎曲,以適應血管的自然解剖形態;配套導絲和導管均能實現數字化獨立旋轉與進退,可有效降低腔內操作對血管壁的造成損傷。北京天壇醫院與北京理工大學團隊

中國科學院:這款血管介入手術機械人有着和人的小臂相似的高精度機器臂,它具備基於多數據融合的機械人定位與導航技術,能用激光找准手術點,「醫生如果不用這個機械人,需要用上百例動物實驗後才能找准手術部位,有了這項技術,就能夠通過機器臂感知血管位置和壓力,大大提高手術的準確率「。

手術機械人正在滲透各個外科亞專業,包括牙科、眼科、整形外科、移植外科等。

醫用機械人手術數量從2005年25000例達到2016年65萬例。80%的前列腺切除手術是由機械人完成的。

在普外科中,胃部分切除術、闌尾切除術、胃造口術、乳房切除術等;肝膽外科的膽囊切除術、肝門空腸吻合術、總膽管造口術等;婦產科的子宮切除術、卵巢錯位、子宮肌瘤切除術等;泌尿外科中,前列腺切除術、腎切除術、輸尿管成形術等;

胸心外科的心臟不停跳旁路術、瓣膜修復術、食管腫物切除術等手術,達文西手術機械人都可以漂亮地完成。

機械人的最大特點是它具有人不具備的靈巧性,其基礎在於:1、震顫過濾系統能濾除外科醫生手部顫動;2、動作縮減系統能成比例(5:1)縮減外科醫生的動作幅度。

AR、VR,以及混合現實,將可以更方便地應用於外科手術。

未來的方向:未來醫用機械人發展還應該更加注重輕量化、精密、靈巧機械人機構構型創新設計;系統集成面向具體的手術流程需求、手術室應用,遙控操作及遠程手術操作;高精度3D跟蹤定位及可視化技術實現術中實時標定及配准;與互聯網和大數據的結合。

在未來我們會擁有遠程醫療的條件,醫生可以為世界上其他地方的患者動手術;遠程醫療的發展同樣意味着醫生之間更高層面的競爭,這會提高外科醫生的准入門檻,讓他們在自己的領域變的最為出色。在未來我們可以只通過單一的創口為患者進行手術,或許可以通過肚臍或血管,插入一支蛇形的機械臂。

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