前言導(dǎo)讀
手術(shù)機器人是一種先進的醫(yī)療設(shè)備,借助微創(chuàng)傷手術(shù)及相關(guān)底層技術(shù)的發(fā)展而發(fā)明。手術(shù)機器人被用于在高于人類能力的微創(chuàng)傷手術(shù)領(lǐng)域中實現(xiàn)高于人類能力的對手術(shù)器械的精準(zhǔn)操控。手術(shù)機器人通常由手術(shù)控制臺、配備機械臂的手術(shù)車及視像系統(tǒng)組成。外科醫(yī)生坐在手術(shù)控制臺,觀看由放置在患者體內(nèi)腔鏡傳輸?shù)氖中g(shù)區(qū)域三維影像,并操控機械臂的移動,以及該機械臂附帶的手術(shù)器械及腔鏡。機械臂模擬人類的手臂,為外科醫(yī)生提供一系列模擬人體手腕的動作,同時過濾人手本身的震顫。
機器人手術(shù)系統(tǒng)是集多項現(xiàn)代高科技手段于一體的綜合體,其用途廣泛,在臨床上外科上有大量的應(yīng)用。外科醫(yī)生可以遠(yuǎn)離手術(shù)臺操縱機器進行手術(shù),完全不同于傳統(tǒng)的手術(shù)概念,在世界微創(chuàng)外科領(lǐng)域是當(dāng)之無愧的革命性外科手術(shù)工具。
經(jīng)過數(shù)十年發(fā)展,手術(shù)機器人現(xiàn)在主要用于五個快速增長的主要外科領(lǐng)域,其中的骨科、介入手術(shù)機器人是及其重要的一個版塊。
手術(shù)機器人市場概覽
當(dāng)前,隨著人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等新科技的快速滲透,醫(yī)療健康正在與機器人全面融合,引領(lǐng)外科技術(shù)大變革。手術(shù)機器人行業(yè)迎來快速發(fā)展,賽道火熱,備受資本青睞。根據(jù)Frost?。Α。樱酰欤欤椋觯幔畹慕y(tǒng)計,2020 年全球機器人手術(shù)市場規(guī)模為?。叮薄|美元,預(yù)計從 2021 年到?。玻埃玻浮∧陮⒁浴。保罚叮埃ァ〉膹?fù)合年增長率增長,到?。玻埃玻浮∧陮⑦_(dá)到?。玻玻玻贰|美元(折合人民幣約為1414億元)。我國手術(shù)機器人市場發(fā)展迅猛,根據(jù)Frost &?。樱酰欤欤椋觯幔畹慕y(tǒng)計,市場規(guī)模由2016年的人民幣853.6百萬元增至2020年的人民幣2,934.5百萬元,年復(fù)合增長率達(dá)36.2%,預(yù)計2030年中國手術(shù)機器人的市場規(guī)模將達(dá)至人民幣58,425.9百萬元,年復(fù)合增長率為34.9%。手術(shù)機器人是將機器人技術(shù)應(yīng)用在醫(yī)療領(lǐng)域,顯然的,機器人手術(shù)是使用機器人系統(tǒng)完成的外科手術(shù)類型,機器人輔助手術(shù)的開發(fā)旨在克服現(xiàn)有的微創(chuàng)手術(shù)程序的局限性,并增強外科醫(yī)生進行開放手術(shù)的能力。手術(shù)機器人集成了醫(yī)學(xué)、材料學(xué)、自動控制學(xué)、數(shù)字圖像處理學(xué)、生物力學(xué)、機器人學(xué)等諸多學(xué)科為一體的新型交叉科學(xué)。一般情況下,從臨床醫(yī)學(xué)應(yīng)用角度可將手術(shù)機器人主要分為腔鏡手術(shù)機器人、骨科手術(shù)機器人、泛血管手術(shù)機器人、 經(jīng)自然腔道手術(shù)機器人、經(jīng)皮穿刺手術(shù)機器人。下面兩幅附圖分別給出了各主要細(xì)分手術(shù)機器人的應(yīng)用場景和市場規(guī)模情況,供各位讀者參考。
筆者認(rèn)為,隨著時間發(fā)展,對于國內(nèi)手術(shù)機器人市場而言,各大廠商會面臨如下5個方面的競爭,分別為:1.技術(shù)戰(zhàn),入局者眾多,內(nèi)卷嚴(yán)重,而且在技術(shù)上目前國外先進巨頭具有一定優(yōu)勢,國內(nèi)廠家只有通過技術(shù)上“高人一等”才能“脫穎而出”。2.臨床戰(zhàn),目前手術(shù)機器人雖然種類繁多,但是依然是醫(yī)械法規(guī)強監(jiān)管的產(chǎn)業(yè),且市場受眾面以大城市的大醫(yī)院為主體,在如此眾多的品牌上市過程中,臨床資源就顯得彌足珍貴。3.融資戰(zhàn),手術(shù)機器人是一個多學(xué)科高度集中的產(chǎn)品,研發(fā)周期長,臨床要求高,各方面人力資源也緊張稀缺,必然需要高額的投入,這些都需要大量的資本投入,因此手術(shù)機器人的玩法從資本市場來講其實就是“誰的資本強誰成功率大”。4.營銷戰(zhàn),隨著國內(nèi)、國外廠商的產(chǎn)品逐步上市,需要“賣出去”,也需要市場各群體的認(rèn)同,更需要占據(jù)市場率,因此在眾多同類型同適應(yīng)癥的手術(shù)機器人中“賣得好”才是各大廠商的終極目標(biāo),才是“長久之計”。5.專li戰(zhàn),專li對于手術(shù)機器人而言十分重要,當(dāng)然也是技術(shù)層面的演化,更是各大手術(shù)機器人廠商市場角力的重要武器,甚至是“終極核武”,規(guī)避設(shè)計風(fēng)險、占據(jù)市場率都需要專li的輔助,達(dá)芬奇在腔鏡機器人領(lǐng)域“叱咤風(fēng)云”恰恰是得益于專li。
術(shù)銳手術(shù)機器人概覽
術(shù)銳手術(shù)機器人,依托新一代可形變連續(xù)體手術(shù)機器人核心原創(chuàng)關(guān)鍵技術(shù),由主控臺車和手術(shù)臺車組成;術(shù)者操控主控臺車上的主操作器,對手術(shù)臺車上裝載的可形變手術(shù)工具和3D高清電子內(nèi)窺鏡進行遙操作控制,可完成多科室的單孔微創(chuàng)手術(shù)治療。整機通過了涉及數(shù)十個中外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)百個檢測項的嚴(yán)格檢驗,是首臺通過的創(chuàng)新醫(yī)療器械特別審查程序的單孔機器人,現(xiàn)已于泌尿外科、婦外科、普外科、胸外科等諸多科室開展臨床試驗。
術(shù)銳手術(shù)機器人僅通過一個皮膚切口上置入一多通道鞘管,遞送一支3D電子高清內(nèi)窺鏡和3支手術(shù)工具,完成疾病極盡微創(chuàng)的手術(shù)治療。已完成亞洲首例的純單孔前列腺癌根治術(shù)和腎癌腎部分切除術(shù),也完成了世界首例的腹膜外腎上腺腫瘤切除術(shù)。在目前的臨床試驗中,術(shù)銳腔鏡手術(shù)機器人表現(xiàn)優(yōu)異,以單孔方式對多種病癥執(zhí)行手術(shù),對病人創(chuàng)傷進一步減小,手術(shù)流暢、動作精準(zhǔn),術(shù)后病人均恢復(fù)良好。
術(shù)銳手術(shù)工具和3D電子內(nèi)窺鏡均采用了自主研發(fā)且擁有自主核心技術(shù)的“可形變對偶連續(xù)體機構(gòu)”關(guān)鍵技術(shù)。手術(shù)工具負(fù)載良好、可靠性高、操控精準(zhǔn)、運動靈活。3D高清電子內(nèi)窺鏡采用八方向雙構(gòu)節(jié)體內(nèi)翻展的設(shè)計,視野調(diào)整范圍大、成像清晰細(xì)膩、色彩還原性優(yōu)異。
主從范式是醫(yī)生操控主控制器,使手術(shù)工具末端執(zhí)行器復(fù)現(xiàn)操作者的手部運動的一種控制模式。針對蛇形手術(shù)工具的形變運動特性,術(shù)銳自主研發(fā)了基于“串聯(lián)結(jié)構(gòu)體—可形變連續(xù)體”異構(gòu)遙操作核心算法和控制系統(tǒng),實現(xiàn)了精準(zhǔn)直觀、得心應(yīng)手的操作體驗。在3D電子內(nèi)窺鏡為術(shù)者提供的數(shù)倍放大的三維立體沉浸式視場中,手術(shù)環(huán)境一覽無余、操作可細(xì)致入微。術(shù)者還可為主從運動設(shè)置不同的行程映射比例,在必要時提高手術(shù)操作的精細(xì)程度。
術(shù)銳蛇形手術(shù)工具的臂體本身為可控形變結(jié)構(gòu),可由任意彎曲的入路通道進入人體且其運動和負(fù)載能力不受影響。此種特性使得術(shù)銳的手術(shù)和內(nèi)窺鏡工具能掛載于四支定位臂上。四支定位臂的多種擺位和協(xié)同運動,使得術(shù)銳手術(shù)機器人不僅能支持多象限手術(shù),還能兼顧單孔、多孔和混合孔多種術(shù)式,并為將來實現(xiàn)經(jīng)自然腔道手術(shù)奠定了基礎(chǔ)。
術(shù)銳手術(shù)機器人手術(shù)工具采用高冗余的結(jié)構(gòu)骨布置,任一結(jié)構(gòu)骨斷裂均不影響其運動能力。系統(tǒng)設(shè)計基于雙環(huán)路獨立硬件實現(xiàn)全狀態(tài)安全監(jiān)控、基于全流程風(fēng)險預(yù)警實現(xiàn)全時段運動監(jiān)控,集成多層次的安全監(jiān)測機制和應(yīng)急過程控制預(yù)案,確保手術(shù)實施各階段的安全。不僅如此,手術(shù)工具的可彎轉(zhuǎn)臂體在病患體內(nèi)即可實現(xiàn)術(shù)中所需的運動能力,體外定位臂在手術(shù)操作過程中保持不動,完全避免了體外機械臂的術(shù)中碰撞風(fēng)險,進一步提升了系統(tǒng)的術(shù)中安全。
術(shù)銳手術(shù)機器人技術(shù)方案簡析
在單孔微創(chuàng)手術(shù)中,一支內(nèi)窺鏡和兩到三支手術(shù)工具須經(jīng)同一皮膚切口進入病患體腔。內(nèi)窺鏡須集成照明功能并實現(xiàn)術(shù)野的靈活調(diào)整,而手術(shù)工具須兼顧運動的范圍、精準(zhǔn)性、靈巧度以及足夠的力度。相比于多孔微創(chuàng)手術(shù),單孔腔鏡手術(shù)器械的排布更加擁擠、內(nèi)窺鏡及手術(shù)工具的驅(qū)動傳動布置更加困難,還要保證臨床使用的功能性和可靠性,因此,單孔腔鏡手術(shù)機器人的研發(fā)面臨著重大的技術(shù)挑戰(zhàn)。
絕大多數(shù)單孔腔鏡手術(shù)機器人采用的設(shè)計范式是定位機械臂配合具備全維運動能力的手術(shù)工具。如下圖所示,定位機械臂在術(shù)中操作時靜止,其作用是把遞送內(nèi)窺鏡和手術(shù)工具的多通道鞘管舉抬至所需位姿。內(nèi)窺鏡和手術(shù)工具可展開為工作姿態(tài)進行手術(shù)。
在這種范式下,內(nèi)窺鏡和手術(shù)工具通過多通道單孔鞘套進入病患體腔,驅(qū)動手術(shù)工具實現(xiàn)大范圍、大負(fù)載、高可靠的運動成為最關(guān)鍵的技術(shù)。
為實現(xiàn)安全有效的單孔腔鏡機器人手術(shù),學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界嘗試了各種技術(shù)途徑,包括鋼絲驅(qū)動、電機內(nèi)置驅(qū)動、空間連桿驅(qū)動、遠(yuǎn)心運動機構(gòu)等。但這些技術(shù)途徑都有著其自身的缺陷,限制了其在臨床手術(shù)中的應(yīng)用。
鋼絲繩是最常見的驅(qū)動方式。以達(dá)芬奇SP單孔手術(shù)工具為例,其肩部關(guān)節(jié)的鋼絲繩驅(qū)動采用滑輪導(dǎo)向,其肘部關(guān)節(jié)和腕關(guān)節(jié)則采用鋼絲繩直接驅(qū)動。當(dāng)在手術(shù)操作過程中,外負(fù)載作用于工具末端的執(zhí)行器上時,外負(fù)載對肩部關(guān)節(jié)的力臂較長,較小負(fù)載即會產(chǎn)生較大負(fù)載力矩;而肩部關(guān)節(jié)滑輪的半徑(即驅(qū)動力臂)較小,驅(qū)動繩很大張緊力也只能產(chǎn)生較小力矩,因此該設(shè)計下手術(shù)工具負(fù)載能力較低。另一方面,受限于手術(shù)工具臂體的內(nèi)部空間,其肘關(guān)節(jié)和腕關(guān)節(jié)無法布置導(dǎo)向滑輪,致使鋼絲繩受到的摩擦較大,運動磨損也較顯著。
電機內(nèi)置型驅(qū)動,采用內(nèi)置于多關(guān)節(jié)手術(shù)臂的小型伺服電機驅(qū)動,通過齒輪取代鋼絲繩的傳動,提高機械臂的負(fù)載能力。意大利Ekymed?。樱穑凉镜模樱校遥桑危韵到y(tǒng)、美國Virtual?。桑睿悖椋螅椋铮罟镜模停桑遥料到y(tǒng)(前身為美國內(nèi)布拉斯加-林肯大學(xué)的SISR系統(tǒng))、香港NISI公司的NSRS系統(tǒng)等主要采用這樣的設(shè)計。該設(shè)計采用電機直徑通常需要超過10mm,以保證足夠的負(fù)載,加上必要的減速傳動機構(gòu),往往造成手術(shù)執(zhí)行臂粗大;而由于電機內(nèi)置、隨機械臂進入體腔,手術(shù)臂的封裝和消毒也是額外的技術(shù)挑戰(zhàn)。
空間連桿型驅(qū)動,采用剛性連桿機構(gòu)構(gòu)成手術(shù)臂,其力學(xué)性能較好。但空間連桿機構(gòu)的設(shè)計(包括傳動和避免干涉等)具有較大的挑戰(zhàn),較難實現(xiàn)大范圍全維運動能力,導(dǎo)致手術(shù)臂運動靈活性不足。此外,手術(shù)臂結(jié)構(gòu)復(fù)雜、加工成本高,受銷接關(guān)節(jié)尺寸等限制,難以小型化。因此,該技術(shù)主要在日本早稻田大學(xué)、韓國DGIST、韓國漢陽大學(xué)的單孔手術(shù)機器人研究中使用。
交叉式遠(yuǎn)心運動機構(gòu)驅(qū)動,采用被動式軟桿手術(shù)工具,配合剛性弧形中空鞘管的遠(yuǎn)心運動,實現(xiàn)手術(shù)工具在病患體內(nèi)的運動。為實現(xiàn)單孔手術(shù),所有手術(shù)工具均須交叉通過入腹口,因此在雙側(cè)手術(shù)工具前后運動時會產(chǎn)生手術(shù)工具的相互干涉。此外,該構(gòu)型要求體外定位臂在術(shù)中擺動,而定位臂之間布置緊湊、有碰撞風(fēng)險。韓國科學(xué)技術(shù)院的Apollon系統(tǒng)和直觀外科用于達(dá)芬奇系統(tǒng)的Single-Site套件,采用此類技術(shù)。為配合剛性弧形中空鞘管,必須采用特殊的柔桿Endowrist?工具,由于該工具有著腕關(guān)節(jié)自由度不足的缺陷,因此該技術(shù)在臨床的應(yīng)用非常受局限。
革命性的可形變對偶連續(xù)體技術(shù),術(shù)銳的手術(shù)工具和3D電子內(nèi)窺鏡的蛇形臂體均采用了原創(chuàng)自主的核心技術(shù)“可形變對偶連續(xù)體機構(gòu)”設(shè)計。如圖所示,“可形變對偶連續(xù)體機構(gòu)”由近端構(gòu)節(jié)、導(dǎo)向鋼管束以及遠(yuǎn)端構(gòu)節(jié)組成,超彈性鎳鈦合金細(xì)桿作為結(jié)構(gòu)骨從頭至尾貫穿。近端構(gòu)節(jié)的彎轉(zhuǎn),會帶來十余根結(jié)構(gòu)骨的推拉運動,這些推拉運動傳遞到遠(yuǎn)端構(gòu)節(jié),協(xié)同將遠(yuǎn)端構(gòu)節(jié)向相反的方向彎轉(zhuǎn)。采用雙構(gòu)節(jié)“可形變對偶連續(xù)體機構(gòu)”設(shè)計的手術(shù)工具,可將近端構(gòu)節(jié)的驅(qū)動電機布置在病人體外,而病人體內(nèi)的遠(yuǎn)端構(gòu)節(jié)可在十余根結(jié)構(gòu)骨協(xié)同推拉下實現(xiàn)雙構(gòu)節(jié)、八方向彎轉(zhuǎn)的靈活運動。
“可形變對偶連續(xù)體機構(gòu)”具有諸多優(yōu)勢:十余根結(jié)構(gòu)骨可同時承受推力和拉力,手術(shù)工具蛇形臂體的負(fù)載能力顯著提高;結(jié)構(gòu)骨冗余布置,其中一根斷裂,對手術(shù)工具的整體性能幾乎沒有影響,安全性極高;蛇形臂體具有連續(xù)彎曲形變特性,可輕易通過復(fù)雜形狀腔道,靈活滿足單孔手術(shù)下各種運動需要。
與傳統(tǒng)的多關(guān)節(jié)剛性機器人結(jié)構(gòu)不同,“對偶連續(xù)體機構(gòu)”力學(xué)性質(zhì)復(fù)雜、形變模態(tài)多樣;為實現(xiàn)精準(zhǔn)的運動控制,建模時須考慮多種非線性力學(xué)的耦合效應(yīng),還需滿足實時高效計算的運算要求,是門檻極高的系統(tǒng)化關(guān)鍵技術(shù)。針對“對偶連續(xù)體機構(gòu)”的運動控制難點,術(shù)銳經(jīng)過數(shù)年的技術(shù)探索和積淀,獨創(chuàng)了彈動力學(xué)復(fù)合模型,兼顧了耦合效應(yīng)的補償機制和輕量解析的運算結(jié)構(gòu),使其運動控制性能達(dá)到國際領(lǐng)先水平?!皩ε歼B續(xù)體機構(gòu)”控制算法精準(zhǔn)駕馭蛇形手術(shù)臂的運動控制,為醫(yī)生提供精細(xì)流暢的操作體驗。
關(guān)鍵技術(shù)的工程驗證,為驗證技術(shù)的可行性,術(shù)銳自主研發(fā)了“單多孔模塊化腔鏡手術(shù)機器人系統(tǒng)”工程樣機。系統(tǒng)由遙操作控制臺、手術(shù)執(zhí)行系統(tǒng)和手術(shù)設(shè)備臺車三部分組成,其中手術(shù)執(zhí)行系統(tǒng)包含多架模塊化定位臂,每架定位臂上可掛載一支手術(shù)工具或內(nèi)窺鏡。通過定位臂與鞘管的靈活布置,手術(shù)執(zhí)行系統(tǒng)可以兼容多孔和單孔兩種構(gòu)型:在多孔構(gòu)型下,每架定位臂與一個標(biāo)準(zhǔn)的直鞘管連接,分別經(jīng)各個皮膚切口將手術(shù)工具和內(nèi)窺鏡送至病患體內(nèi);在單孔構(gòu)型下,所有定位臂和一個多腔道的鞘管相連,手術(shù)工具與內(nèi)窺鏡通過彎曲的多通道鞘管腔道后進入病患體內(nèi)并展開至工作姿態(tài)。
遙操作控制臺配備了立體顯示器、觸摸顯示器、踏板組和兩臺6自由度力交互輸入設(shè)備,術(shù)者通過遙操作控制臺可實現(xiàn)直觀的手術(shù)操作以及對手術(shù)流程和設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)控與管理。手術(shù)設(shè)備臺車配備了狀態(tài)顯示器,并可置放冷光源、氣腹機、高頻能量發(fā)生器等設(shè)備。
手術(shù)過程中,主刀醫(yī)生操縱控制臺的兩臺力位交互輸入設(shè)備,在立體三維視覺的引導(dǎo)下,對病患側(cè)手術(shù)執(zhí)行系統(tǒng)內(nèi)的內(nèi)窺鏡和手術(shù)工具實施遙操作控制,實現(xiàn)組織剝離、電切、電凝、縫合等一系列腔內(nèi)精準(zhǔn)操作以及手術(shù)視野調(diào)整。
作為工程樣機,該系統(tǒng)集成了術(shù)銳所有關(guān)鍵技術(shù)以及手術(shù)實施的基本功能,系統(tǒng)指標(biāo)亦達(dá)到世界前列水平:手術(shù)工具具備全維六自由度運動能力及額外的手術(shù)執(zhí)行器開合控制功能;內(nèi)窺鏡提供1080p高清立體視覺反饋。
該工程樣機成功完成了數(shù)十例動物實驗,涵蓋泌尿外科、婦科、普外科、胸外科多種適應(yīng)癥,驗證了關(guān)鍵技術(shù)“可變形對偶連續(xù)體機構(gòu)”在單孔腔鏡手術(shù)中的安全性和有效性。但與此同時,該模塊化腔鏡手術(shù)機器人樣機系統(tǒng)也難以避免分體式手術(shù)機器人系統(tǒng)設(shè)計的典型不足,即占據(jù)手術(shù)床旁面積大、對臨床流程干擾較多等。術(shù)銳在新一代手術(shù)機器人系統(tǒng)設(shè)計中進行了大刀闊斧的改進,用戶可根據(jù)病患手術(shù)部位實現(xiàn)不同的定位臂協(xié)同擺位和調(diào)整,增強了智能自動化的手術(shù)流程管理。
專li簡析
術(shù)銳機器人是一家醫(yī)療器械公司,致力于自主研發(fā)、生產(chǎn)和銷售創(chuàng)新的腔鏡手術(shù)機器人系統(tǒng)、配套手術(shù)工具及耗材。根據(jù)術(shù)銳機器人新聞稿介紹,該公司依托“對偶連續(xù)體機構(gòu)”這一創(chuàng)新性設(shè)計,推出搭載鎳鈦合金蛇形手術(shù)臂的術(shù)銳單孔腔鏡手術(shù)機器人,并于2020年獲得中國國家藥監(jiān)局(NMPA)批準(zhǔn)進入創(chuàng)新醫(yī)療器械特別審查程序(即“綠色通道”)。
術(shù)銳單孔腔鏡手術(shù)機器人借助強力蛇形手術(shù)工具和沉浸式直觀遙(直觀遙感)操作,經(jīng)典高難度單孔術(shù)式得以在主刀醫(yī)生手中實現(xiàn)精準(zhǔn)操作。據(jù)介紹,術(shù)銳單孔腔鏡手術(shù)機器人具有手術(shù)切口更微創(chuàng)、操作更靈活、術(shù)中更穩(wěn)定等優(yōu)勢,可應(yīng)用于泌尿外科、婦科、普外科、胸外科、心外科等多個臨床領(lǐng)域。術(shù)銳機器人公司創(chuàng)始人、上海交通大學(xué)徐凱教授表示,從開放手術(shù)到多孔腔鏡,再到單孔腔鏡乃至經(jīng)自然腔道手術(shù),患者創(chuàng)傷逐漸減少的同時,手術(shù)操作難度則持續(xù)升高,以機器人技術(shù)輔助手術(shù)操作提升手術(shù)的直觀感和精準(zhǔn)度是大勢所趨。術(shù)銳機器人自創(chuàng)立以來,秉承“極致微創(chuàng),讓微創(chuàng)外科解決方案更貼近患者”的使命,依托“可形變對偶連續(xù)體機構(gòu)”這一核心原創(chuàng)關(guān)鍵技術(shù),聯(lián)合醫(yī)療機構(gòu)完成了多種創(chuàng)新術(shù)式,讓患者在較小創(chuàng)傷的同時更大程度保留器官功能。不僅如此,術(shù)銳機器人靈活精準(zhǔn)、安全穩(wěn)定的操作表現(xiàn)也得到了眾多專家的高度認(rèn)可。術(shù)銳高度重視知識產(chǎn)權(quán)保護,對相關(guān)產(chǎn)品進行了全方位的系統(tǒng)化的布局,旗下術(shù)銳單孔腔鏡手術(shù)機器人擁有全鏈條關(guān)鍵核心技術(shù)和完全自主知識產(chǎn)權(quán),目前已在全球范圍內(nèi)提出知識產(chǎn)權(quán)及申請超過600項。筆者擇機選擇了兩項發(fā)明專li進行了解讀,以饗讀者。
公開/公告號 | CN109452976B | 申請日 | 2018-12-28 |
發(fā)明名稱 | 一種柔性手術(shù)工具系統(tǒng) | ||
解決的技術(shù)問題 | 本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案,其具有以下優(yōu)點:1、本發(fā)明采用基于對偶連續(xù)體機構(gòu)的機械臂和手術(shù)執(zhí)行器為主體,該對偶連續(xù)體機構(gòu)包括順序關(guān)聯(lián)的第一連續(xù)體構(gòu)節(jié)、剛性連接構(gòu)節(jié)和第二連續(xù)體構(gòu)節(jié),并配合以傳動驅(qū)動單元,其中,傳動驅(qū)動單元與剛性連接構(gòu)節(jié)關(guān)聯(lián),同時傳動驅(qū)動單元與手術(shù)執(zhí)行器關(guān)聯(lián),因此通過傳動驅(qū)動單元可以驅(qū)動對偶連續(xù)體機構(gòu)向任意方向彎轉(zhuǎn),以及驅(qū)動手術(shù)執(zhí)行器完成在第一平面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)運動和/或在第二平面內(nèi)的張合運動。2、本發(fā)明對偶連續(xù)體機構(gòu)中的對偶連續(xù)體結(jié)構(gòu)骨兩端固結(jié)在第一連續(xù)體構(gòu)節(jié)近端和第二連續(xù)體構(gòu)節(jié)遠(yuǎn)端,對偶連續(xù)體結(jié)構(gòu)骨在驅(qū)動過程中長度保持不變,因此第一連續(xù)體構(gòu)節(jié)、剛性連接構(gòu)節(jié)和第二連續(xù)體構(gòu)節(jié)的總長度保持不變,當(dāng)傳動驅(qū)動單元驅(qū)動第一連續(xù)體構(gòu)節(jié)向某一方向彎轉(zhuǎn),第二連續(xù)體構(gòu)節(jié)的耦合運動也被唯一確定。3、本發(fā)明在對偶連續(xù)體機構(gòu)的末端設(shè)置手術(shù)執(zhí)行器,手術(shù)執(zhí)行器控線一端與腕關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)體和/或鉗關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)體連接,另一端通過轉(zhuǎn)向滑輪與傳動驅(qū)動單元連接,由此可以實現(xiàn)對手術(shù)執(zhí)行器的腕關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)體和/或鉗關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)體的控制。4、本發(fā)明的傳動驅(qū)動單元采用雙頭螺桿、滑塊作為直線運動機構(gòu),當(dāng)驅(qū)動雙頭螺桿旋轉(zhuǎn)時,與該雙頭螺桿配合的兩滑塊以相同的速度進行反向直線運動,從而帶動與滑塊連接的控向連續(xù)體結(jié)構(gòu)骨、腕關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)骨或鉗關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)骨受推或受拉,從而實現(xiàn)對偶連續(xù)體機構(gòu)向任意方向發(fā)生彎轉(zhuǎn),以及手術(shù)執(zhí)行器的腕關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)體和/或鉗關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)體繞關(guān)節(jié)軸旋轉(zhuǎn)。 | ||
技術(shù)方案 | 本發(fā)明涉及一種柔性手術(shù)工具系統(tǒng),包括:機械臂,機械臂包括第一連續(xù)體構(gòu)節(jié)、剛性連接構(gòu)節(jié)和第二連續(xù)體構(gòu)節(jié),第一連續(xù)體構(gòu)節(jié)、剛性連接構(gòu)節(jié)和第二連續(xù)體構(gòu)節(jié)順序關(guān)聯(lián)以形成對偶連續(xù)體機構(gòu);手術(shù)執(zhí)行器,連接在第二連續(xù)體構(gòu)節(jié)的遠(yuǎn)端;傳動驅(qū)動單元,分別與剛性連接構(gòu)節(jié)和手術(shù)執(zhí)行器關(guān)聯(lián),用于驅(qū)動第一連續(xù)體構(gòu)節(jié)向任意方向彎轉(zhuǎn),進而耦合驅(qū)動第二連續(xù)體構(gòu)節(jié)完成向相反的方向彎轉(zhuǎn),以及用于驅(qū)動手術(shù)執(zhí)行器完成在第一平面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)運動和/或在第二平面內(nèi)的張合運動。本發(fā)明提供的柔性手術(shù)工具系統(tǒng)能夠較好地應(yīng)用于經(jīng)人體自然腔道或經(jīng)單一手術(shù)切口并且實施手術(shù)。 | ||
相關(guān)附圖 |
公開/公告號 | CN110037795B | 申請日 | 2018-12-28 |
發(fā)明名稱 | 一種雙彎曲型柔性手術(shù)工具系統(tǒng) | ||
解決的技術(shù)問題 | 本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案,其具有以下優(yōu)點:1、本發(fā)明設(shè)置由第一連續(xù)體構(gòu)節(jié)、剛性連接構(gòu)節(jié)和第二連續(xù)體構(gòu)節(jié)順序關(guān)聯(lián)的第一對偶連續(xù)體機構(gòu),同時在第一對偶連續(xù)體機構(gòu)的遠(yuǎn)端設(shè)置第三連續(xù)體構(gòu)節(jié),第三連續(xù)體構(gòu)節(jié)的結(jié)構(gòu)骨通過第一對偶連續(xù)體機構(gòu)與近端連續(xù)體構(gòu)節(jié)連接以形成第二對偶連續(xù)體機構(gòu),并配合以傳動驅(qū)動單元,傳動驅(qū)動單元分別與剛性連接構(gòu)節(jié)和近端連續(xù)體構(gòu)節(jié)關(guān)聯(lián),或者第三連續(xù)體構(gòu)節(jié)的結(jié)構(gòu)骨直接與傳動驅(qū)動單元關(guān)聯(lián),因此通過傳動驅(qū)動單元可以驅(qū)動第一對偶連續(xù)體機構(gòu)和第二對偶連續(xù)體機構(gòu)/第三連續(xù)體構(gòu)節(jié)向任意方向彎轉(zhuǎn)。由此,第一對偶連續(xù)體機構(gòu)和第二對偶連續(xù)體機構(gòu)/第三連續(xù)體構(gòu)節(jié)形成雙彎曲型機械臂,增加了手術(shù)工具運動靈活性,擴展了手術(shù)工具的運動空間,能夠使得在體外機械臂保持固定位置的狀態(tài)下,提供手術(shù)工具在體內(nèi)的足夠大的覆蓋范圍并達(dá)到手術(shù)動作的精確控制,從而使手術(shù)工具的運動性能更加優(yōu)越,并且有助于提高手術(shù)器械的運動性能,實現(xiàn)手術(shù)器械的小型化、量輕化。2、本發(fā)明的第一對偶連續(xù)體機構(gòu)中的結(jié)構(gòu)骨兩端分別固結(jié)在第一連續(xù)體構(gòu)節(jié)近端和第二連續(xù)體構(gòu)節(jié)遠(yuǎn)端,該結(jié)構(gòu)骨在驅(qū)動過程中長度保持不變,因此第一連續(xù)體構(gòu)節(jié)、剛性連接構(gòu)節(jié)和第二連續(xù)體構(gòu)節(jié)的總長度保持不變,當(dāng)傳動驅(qū)動單元驅(qū)動第一連續(xù)體構(gòu)節(jié)向某一方向彎轉(zhuǎn),第二連續(xù)體構(gòu)節(jié)的耦合運動也被唯一確定。同樣的,第二對偶連續(xù)體機構(gòu)的結(jié)構(gòu)骨/第三連續(xù)體構(gòu)節(jié)的結(jié)構(gòu)骨在驅(qū)動過程中長度也保持不變,當(dāng)傳動驅(qū)動單元驅(qū)動近端連續(xù)體構(gòu)節(jié)向某一個方向彎曲,第三連續(xù)體構(gòu)節(jié)的耦合運動也被唯一確定。3、本發(fā)明的傳動驅(qū)動單元采用雙頭螺桿、滑塊作為直線運動機構(gòu),當(dāng)驅(qū)動雙頭螺桿旋轉(zhuǎn)時,與該雙頭螺桿配合的兩滑塊以相同的速度進行反向直線運動,從而帶動與滑塊連接的控向連續(xù)體結(jié)構(gòu)骨或近端連續(xù)體結(jié)構(gòu)骨受推或受拉,從而實現(xiàn)第一或第二對偶連續(xù)體機構(gòu)/第三連續(xù)體構(gòu)節(jié)向任意方向發(fā)生彎轉(zhuǎn)。 | ||
技術(shù)方案 | 本發(fā)明涉及一種雙彎曲型柔性手術(shù)工具系統(tǒng),包括:機械臂,機械臂包括第一連續(xù)體構(gòu)節(jié)、剛性連接構(gòu)節(jié)、第二連續(xù)體構(gòu)節(jié)和第三連續(xù)體構(gòu)節(jié),第一連續(xù)體構(gòu)節(jié)和第二連續(xù)體構(gòu)節(jié)關(guān)聯(lián)以形成第一對偶連續(xù)體機構(gòu);近端連續(xù)體構(gòu)節(jié),布置在第一連續(xù)體構(gòu)節(jié)近端,并與布置在第二連續(xù)體構(gòu)節(jié)遠(yuǎn)端的第三連續(xù)體構(gòu)節(jié)關(guān)聯(lián)以形成第二對偶連續(xù)體機構(gòu);傳動驅(qū)動單元,分別與剛性連接構(gòu)節(jié)和近端連續(xù)體構(gòu)節(jié)關(guān)聯(lián),用于驅(qū)動第一連續(xù)體構(gòu)節(jié)向任意方向彎轉(zhuǎn),進而耦合驅(qū)動第二連續(xù)體構(gòu)節(jié)向相反的方向彎轉(zhuǎn),以及驅(qū)動近端連續(xù)體構(gòu)節(jié)向任意方向彎轉(zhuǎn),進而耦合驅(qū)動第三連續(xù)體構(gòu)節(jié)向相反的方向彎轉(zhuǎn)。本發(fā)明能夠較好地應(yīng)用于經(jīng)人體自然腔道或經(jīng)單一手術(shù)切口并且實施手術(shù)。 | ||
相關(guān)附圖 |
結(jié)語
誠如領(lǐng)域內(nèi)人士共同認(rèn)識的那樣,手術(shù)機器人逐漸贏得市場追捧,站上了智能精細(xì)化發(fā)展、醫(yī)保政策利好的快車道,全球以及國內(nèi)各大手術(shù)機器人廠商也必會將達(dá)芬奇等先進機器人作為重要的標(biāo)桿和對照,聯(lián)動產(chǎn)學(xué)研醫(yī)生多方力量,不斷創(chuàng)新,推動中國手術(shù)機器人行業(yè)更智能化、精準(zhǔn)化、微創(chuàng)化的發(fā)展,相關(guān)知識產(chǎn)權(quán)問題也必將會成為各大手術(shù)機器人廠商的研究重點課題,后續(xù)相關(guān)產(chǎn)品的的研發(fā)和專li事務(wù)值得持續(xù)關(guān)注。
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