分散式磁锚定腹腔内手术机器人的研制

内镜微创技术发展使传统外科进入了微创时代，但其研究仍有巨大空间。在磁性材料外科应用研究基础上，本课题组将磁性锚定技术与腹腔镜技术及微机器人技术相结合，设计用单一腹壁切口或经自然腔道送入分散式磁锚定的腹腔镜辅助微器械单元或腹腔内手术机器人，协助或者独立完成诊疗操作。通过建立右上腹物理环境模型，获得腹腔镜手术相关参数，以此为基础研制单孔腹腔镜辅助微器械单元及适用于模拟腹腔镜手术操作的仿真实验人，通过仿真模拟人实验及动物实验解决各磁锚定单元相互干扰、图像传出质量问题及与传统手术器械相互配合等关键问题，完成单孔腹腔镜辅助微器械单元改进并应用于临床行人胆囊切除手术操作。在此基础上，解决系统集成问题，研制出经自然腔隙内镜手术微手术机器人系统，通过仿真模拟人实验进行改进，完成动物实验，为今后临床应用提供实验数据及高性能样机。项目如获实施，对促进我国具有自主知识产权的新型外科手术微机器人研发有重要意义。

微创是当前手术发展的潮流，单孔腹腔镜技术（LESS）及经自然腔到内镜技术（NOTES）将微创外科引入新的阶段，但单个戳卡置入多个器械造成相互干扰，在操作精准化方面仍存在不足。本研究将磁锚定技术、腹腔镜技术、微机器人技术及激光刀技术相结合，研制成功分散式磁锚定激光刀微手术机器人系统，有效减少单孔腹腔镜手术器械间干扰，提高操作精准性及安全性。. 为提高磁锚定微手术机器人设计的科学性，本研究首先完成对磁锚定微手术机器人应用环境研究，获得右上腹物理环境及胆囊切除术重要参数，包括获得“BMI—腹壁厚度”曲线及基于有限元分析的胆囊底受钳夹情况分析，为磁锚定机器人的个体化的临床应用提供基础数据。其次，本研究搭建有效体外测试平台，完成基于腹腔镜及腹腔微型机器人手术操作的仿真模拟人研制。仿真模拟人由四部分构成：腹腔镜系统、控制系统、灌注系统以及人工气腹模拟人单元。人工气腹模拟人单元的腹壁具有一定刚性能够模拟气腹的几何形状，同时又具有一定的柔性能够模拟腹壁的材料学特性，此外，其内部模拟血管系统可置入动物器官；灌注系统与控制系统配合可以真实模拟腹腔器官血流灌注情况，实现手术操作真实力反馈。此仿真模拟人可作为高度仿真的腹腔镜训练平台用于执业医师培训。. 在上述基础上，本研究完成分散式磁锚定激光刀微手术机器人系统研制，该系统包括视频机器人、牵拉机器人、激光刀机器人、磁锚定单元以及控制支持系统。视频机器人通过独特的电机复用设计可完成视场调节与镜头擦拭功能，牵拉机器人可实现伸缩、摆动及钳夹功能，激光刀机器人可实现伸缩与摆动并基于激光刀实现烧灼切割功能，磁锚定单元可根据腹壁厚度调节外磁铁磁力，并有效解决多个外磁铁协同使用的问题，控制支持系统由机器人运动控制箱、激光发射器及图像显示单元构成，实现机器人系统的无线控制。该系统体内部分可通过单孔腹腔镜戳卡实现腹腔探查术、胆囊切除术及肝囊肿切开引流术等，为当前国际同类研究中体积最小，同时视频机器人首次实现无缆设计。. 此外，本项目在研发过程中，针对临床迫切需求，特别是腹腔镜微创手术存在的实际问题，在项目框架内进行了多角度探索，完成“提线木偶”式胆囊抓钳、磁压迫腹部大血管血流阻断装置、磁锚定胶囊胃镜及磁锚定腹腔镜系统、单孔腹腔镜激光刀器械、图文手术记录系统、医患沟通机器人等外科创新装置研制。