達芬奇手術機器人系統教學內容設計

周天綺 朱超挺 石峰

摘 要： 達芬奇手術機器人系統作為目前世界上最復雜和最昂貴的外科手術系統之一，結合我校《互聯網時代的智慧醫療》課程的教學實踐，從達芬奇手術機器人系統的組成入手，分析達芬奇手術機器人系統的結構、特點及其應用，使學生對達芬奇手術機器人系統有一個整體的認知，為后續深入學習智慧醫療打下基礎。

關鍵詞：達芬奇手術機器人系統;結構;特征;應用

0 引言

達芬奇機器人手術系統以麻省理工學院研發的機器人外科手術技術為基礎。Intuitive Surgical隨后與IBM、麻省理工學院和Heartport公司聯手對該系統進行了進一步開發。達芬奇外科手術系統是一種高級機器人平臺，其設計的理念是通過使用微創的方法，實施復雜的外科手術。達芬奇系統是世界上僅有的、可以正式在腹腔手術中使用的機器人手術系統，也是目前最復雜和最昂貴的外科手術系統之一。本文結合我校《互聯網時代的智慧醫療》課程中的達芬奇機器人手術系統教學實踐，圍繞達芬奇手術機器人系統的組成結構開展教學內容設計。

1 達芬奇機器人手術系統的組成

達芬奇機器人由三部分組成：外科醫生控制臺、床旁機械臂系統、成像系統。

（1）外科醫生控制臺

外科醫生控制臺是達芬奇機器人系統的控制中心，由計算機系統、監視器、控制手柄、腳踏控制板及輸出設備組成。外科醫生控制臺的操作者坐在消毒區域以外，通過使用控制手柄來控制手術器械和立體腔鏡。術者通過雙手動作傳動手術臺車上仿真機械臂完成各種操作，從而達到術者的手在患者體內做手術的效果。同時可通過聲控、手控或踏板控制腹腔鏡。術者雙腳置于腳踏控制板上配合完成電切、電凝等相關操作。達芬奇機器人系統讓術者在微創的環境里可以達到開放手術的靈活性。

（2）成像系統

成像系統（Video Cart）內裝有外科手術機器人的核心處理器以及圖象處理設備，在手術過程中位于無菌區外，可由巡回護士操作，并可放置各類輔助手術設備。外科手術機器人的內窺鏡為高分辨率三維（3D）鏡頭，對手術視野具有10倍以上的放大倍數，能為主刀醫生帶來患者體腔內三維立體高清影像，使主刀醫生較普通腹腔鏡手術更能把握操作距離，更能辨認解剖結構，提升了手術精確度。

（3）床旁機械臂系統

床旁機械臂系統（Patient Cart）是外科手術機器人的操作部件，其主要功能是為器械臂和攝像臂提供支撐。助手醫生在無菌區內的床旁機械臂系統邊工作，負責更換器械和內窺鏡，協助主刀醫生完成手術。為了確保患者安全，助手醫生比主刀醫生對于床旁機械臂系統的運動具有更高優先控制權

2 結構分析

外科醫生控制臺：系統的大腦中區，通過主治醫生的控制，通過程序轉化為指令傳輸到機械臂，使之相應動作。

床旁機械臂系統：使用固定機構;手臂機構為關節型手臂機構和機器人手腕機構;傳動裝置為連桿傳動和流體傳動機構。是主要的機械工作部位，整個系統最重要部分。

成像系統：整個系統中的傳感部分是機器人視覺的表現。通過腔鏡臂將手術實時的圖像傳輸到主屏幕，并使用高清三維顯示。

達芬奇手術系統集成了高端運動控制技術，這樣機器手臂的每個動作都能像熟練的外科醫生一樣順暢、準確——即便在很慢的計算速度下。每個達芬奇HD系統包含有30多個由馬克森精密電機公司生產的電機。這些電機是每個機械手臂的心臟。

3 機械手臂特點

機械手可以模擬人手各種操作，動作的自由度高達7度，包括臂關節上下，前后自由運動與仿真手腕的左右旋轉，開合，末端關節彎曲共7種動作，可作沿垂直軸360°和水平軸270°旋轉，且每個關節活動度大于90°。尤其在進行深部操作時，機械手動作靈活，體積小巧，與開放手術的人手操作相比具有顯著優勢。

由于達芬奇機器人的機械手擁有7個自由度，具有人手無法企及的精確性。“達芬奇”還可以過濾人手的抖動，使得手術可以更精細。此外，機器人手術還具有移動縮減功能的特點，也就是說醫生在操縱這一裝置的過程中，移動操作桿5毫米，在患者體內的機械末端僅移動1毫米，這樣就大大提高了手術的精確性和安全性。

仿真接攜手配置了各種類型的手術器械，可滿足抓持，鉗夾，縫合等各項操作要求。手術器械近百種，8毫米左右大小。

4 應用

目前達芬奇手術機器人的應用范圍為心外科、尿外科、普通外科、肝膽外科、婦產科、胸外科等。在諸多科室中他都表現出優越的性能，未來達芬奇手術機器人會更多地普及到各個科室，完成各種手術。的全健康檔案，可以使患者得到更有針對性的治療方案。

結束語

通過以上內容的教學，學生對達芬奇手術機器人有了較深的理解，為后續深入學習智慧醫療打下基礎。

參考文獻

[1] 揭開“達芬奇”手術機器人的神秘面紗[EB/OL].https：//www.sohu.com/a/327225922_671272.2019-07-16.