技术创新
经尿道手术机器人的性能评价和应用研究
中华泌尿外科杂志, 2023,44(4) : 301-306. DOI: 10.3760/cma.j.cn112330-20221222-00675
摘要
目的

评价新型主从操作式经尿道手术机器人系统的性能,验证其安全性和有效性。

方法

2021年9月北京协和医院2名泌尿外科医生(A和B)应用经尿道手术机器人样机进行仿真人体组织模型实验。本研究采用的经尿道手术机器人系统包括:主端控制平台、从端手术平台和末端执行器。主端控制平台采用Omega7力反馈主手作为主控制器,自由度包括:上下平移、左右平移、前后平移、末端旋转、末端俯仰、末端摆动、末端操作。从端手术平台采用Med 7七自由度医疗协作机械臂,通过末端执行器操作电切镜。末端执行器采用模块化设计,最大化兼容现有手术器械。2名医生均分别常规组装电切镜和经尿道手术机器人各20次,计算组装时间。常规组装电切镜时间包括电切镜安装、连接镜头和光源后,医生手持电切镜进入实验模块的时间。组装手术机器人时间包括将电切镜与末端执行器安装,并连接镜头和光源后进入实验模块的时间。2名医生分别进行25次模拟前列腺电切手术和5次模拟膀胱电切手术。将猪的小肠、心脏和胃缝合构建模拟人体的尿道、前列腺和膀胱结构:尿道(猪小肠)长16~18 cm,前列腺(猪心脏)大小约5 cm×5 cm×6 cm,膀胱(猪胃)容量250~300 ml。将模型置于3D打印套盒中,模拟尿道与硅胶阴茎贴合。模拟前列腺电切手术:医生于主端控制平台操作手柄,通过人机交互控制从端执行器,直视下围绕不动点切除"前列腺",模拟标准经尿道前列腺切除术,切除范围为从模拟膀胱颈至模拟前列腺尖部,切除两侧叶和中叶。每次手术时间40 min,记录切除组织重量。模拟经尿道膀胱电切手术:每次手术需切除模拟膀胱的三角区、两侧壁和顶部区域,记录是否发生穿孔。通过手术对机器人的主从操作距离准确度、操作姿态准确度、主从操作姿态重复度、不动点准确度、主从控制启动延迟时间和主从控制跟随延迟时间、机械臂摆动范围、极限位点等指标进行验证。

结果

经尿道手术机器人性能测试结果显示,末端执行器定位精度<0.5 mm,主从操作距离准确度≤0.5 mm,重复性距离≤0.2 mm;主从操作姿态准确度角度a≤0.30°,角度b≤0.30°,角度c≤0.15°;不动点准确度≤0.6 mm,机械臂最大活动空间为半径(1 493±5) mm的半球形空间。主从控制启动延迟时间和主从控制跟随延迟时间均≤100 ms。从端机械臂末端在运动中受到外力碰撞时,系统可自动停止机械臂运动,此时外力为(70±7)N;不动点设置范围30~170 mm。医生A和医生B组装经尿道手术机器人时间分别为(111.35±57.88)s和(111.70±58.30)s(P=0.996),常规组装电切镜时间分别为(44.90±4.89)s和(44.90±5.16)s(P=0.679),2名医生间比较差异均无统计学意义;2名医生的机器人组装时间均多于常规组装时间,差异均有统计学意义(P=0.001,P=0.001)。随组装次数增加,机器人组装时间进行性下降,5次组装后时间稳定≤120 s。医生A和医生B切除的前列腺组织重量分别为(43.60±12.42)g和(43.45±12.63)g,差异无统计学意义(P=0.954)。模拟膀胱电切手术中,机器人系统可顺利完成模拟膀胱的三角区、两侧壁和顶部组织切除。手术实验中系统运行流畅,未发生机械故障,无模块损伤、穿孔等并发症发生。

结论

经尿道手术机器人能够安全、有效地完成经尿道电切手术。

引用本文: 连鹏鹄, 李汉忠. 经尿道手术机器人的性能评价和应用研究 [J] . 中华泌尿外科杂志, 2023, 44(4) : 301-306. DOI: 10.3760/cma.j.cn112330-20221222-00675.
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经尿道手术是泌尿外科常见且重要的手术方式,主要包括治疗良性前列腺增生的经尿道前列腺切除术[1],治疗膀胱肿瘤的经尿道膀胱肿瘤切除术[2]。但传统经尿道手术存在医生操作难度大、操作空间受限、学习曲线长、手术过程难以标准化、术者需特殊体位易导致疲劳等问题。相比于普通微创手术系统,机器人手术系统具有精确灵活、稳定可靠、先进高效等优势,其在外科手术中的地位和作用日趋显著[3,4,5],但目前国内外尚无上市在临床应用的经尿道手术机器人。本研究以经尿道电切手术为临床切入点,围绕操作型手术机器人的共性关键问题,通过体外仿真实验验证主从操作式经尿道手术机器人的性能,以及行经尿道手术的有效性和安全性。

 
 
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