单多孔模块化腔镜手术机器人系统是北京术锐技术有限公司独立自主开发完成的最新一型第三代微创手术机器人产品样机。该手术机器人系统分为三部分:机器人遥操作控制台、病患侧机器人手术执行系统和手术设备台车。
其中,机器人手术执行系统由多个模块化的体外定位臂组成,并搭载了内窥镜工具和多种可快速更换的手术工具,能够同时兼容多孔和单孔两种微创手术术式。
手术过程中主刀医生操纵控制台的两台力位交互输入设备,在立体三维视觉的引导下,对病患侧手术执行系统内的一支内窥镜和二到三支手术执行臂实施遥操作控制,实现组织剥离、电切、电凝、缝合等一系列腔内精准操作以及手术视野调整。
目前,该产品样机已经成功完成了包括普外科、泌尿外科、妇外科、心胸外科等科室在内的多种适应症的动物实验。
核心参数指标
单孔手术切口直径为25mm,多孔手术单个切口直径为8mm。
每个手术执行臂有6个自由度,所携带的手术执行器具有额外的1个自由度。
手术执行臂负载能力达到5N。
内窥镜提供1080p高清立体视觉反馈。
主要组件
机器人遥操作控制台
6自由度力交互输入设备:实时接收外科医生手部运动输入,通过直观的主从映射关系远程控制手术执行臂或视觉引导臂的运动,完成手术任务;提供位姿保持、运动比例调节、手部抖动滤除等算法,提高手术执行效率和操作体验。
立体显示器:实时接收内窥镜反馈高清影像信号,融合畸变消除、立体矫正、视差调整和图像增强等图像处理技术,真实再现具有术部解剖学结构。
触摸显示器:辅助医生完成术前手术执行臂引导、无菌屏障安装、术后归位等操作,并提供术中手术执行臂状态反馈。
病患侧机器人手术执行系统
模块化体外定位臂:为串联型5关节被动机械臂,术前在医生的引导下灵活地调整末端位姿,可同时实现多孔构型、单孔构型或混合腹腔镜构型,并为其末端所装载的内窥镜和手术执行臂提供良好的体内视野以及开展手术所需的工作空间。达到目标位姿之后,体外定位臂通过位于每个关节处电磁铁抱闸锁紧以固定其位姿,在术中保持静止无需运动,规避了手术过程中体外定位臂间或体外定位臂与床边医护人员产生碰撞的风险。
可互换手术工具和内窥镜工具:手术工具和内窥镜工具通过可拆卸无菌屏障连接到任一体外定位臂末端的驱动模组上,保证了工具间的可互换性和可消毒性。手术工具末端的手术执行臂和内窥镜工具末端的视觉引导臂,均采用可翻展连续体机构实现6自由度运动,在保证手术任务需求的灵活度和负载能力的同时具有良好的可靠性。手术执行臂末端装载不同的手术工具头,包括持针器、抓钳、分离钳、弯剪和高频电能量手术执行器等;视觉引导臂末端的内窥镜提供双目视觉影像和冷光源照明。
手术设备台车
光学定位系统:实时提供体外定位臂协同位姿,精准实现手术工具与内窥镜之间手眼协调运动。
状态显示器:实时为病患侧医生提供术部的影像反馈。
其他手术设备:冷光源、高频电能量发生器、气腹机等。
手术施展流程
开启手术机器人系统,单多孔模块化腔镜手术机器人完成自检并进入待命工作状态。
医护人员将无菌屏障安装至病患侧各体外定位臂驱动模组的运动输出端,扎束好无菌塑料薄膜以封闭病患侧机器人手术执行系统中未消毒的部件,形成无菌的手术环境。
按照手术规划在患者术部完成皮肤切口,连接单孔或多孔穿刺器以及导气管,建立并维持病人气腹。
医护人员将手术机器人执行系统推到手术床旁,将装有内窥镜工具的定位臂和对应穿刺器对接并将内窥镜置入体内,并将双目立体视觉模块与显示设备连接以实时反馈影像;手动调整体外定位臂末端位姿以改变穿刺器角度,直到目标组织器官出现在术野中心。
医护人员将多个体外定位臂依次与穿刺器对应特征对接,并将定位臂携带的手术工具通过无菌屏障快速连接于驱动模组上,将手术工具与能量发生器连接以实现电凝、电切功能。
在操作医生的指令下,手术工具进给并在自动实现三角展开的手术姿态,完成术前准备工作。此时遥操作控制台提示操作医生进行主从设备位姿匹配。
在完成力交互设备与对应的手术工具位姿匹配之后,操作医生在双目立体视觉成像的引导下实施遥操作,完成相应的手术任务。在手术过程中,可随时更换手术工具以引入不同的手术工具头。
手术完成后,操作医生控制视觉引导臂对病人腹腔做最后探查,然后依次将多支手术工具和内窥镜工具退出病人腹腔。
医护人员拆卸手术工具和内窥镜工具,脱离各体外定位臂和穿刺器的连接,并移开病患侧手术执行系统。
撤销气腹,撤出穿刺器,缝合病人腹壁上的手术切口,结束手术。
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