达芬奇手术机器人系统教学内容设计

2023.04.28

周天绮朱超挺石峰

摘要：达芬奇手术机器人系统作为目前世界上最复杂和最昂贵的外科手术系统之一，结合我校《互联网时代的智慧医疗》课程的教学实践，从达芬奇手术机器人系统的组成入手，分析达芬奇手术机器人系统的结构、特点及其应用，使学生对达芬奇手术机器人系统有一个整体的认知，为后续深入学习智慧医疗打下基础。

关键词：达芬奇手术机器人系统;结构;特征;应用

0 引言

达芬奇机器人手术系统以麻省理工学院研发的机器人外科手术技术为基础。Intuitive Surgical随后与IBM、麻省理工学院和Heartport公司联手对该系统进行了进一步开发。达芬奇外科手术系统是一种高级机器人平台，其设计的理念是通过使用微创的方法，实施复杂的外科手术。达芬奇系统是世界上仅有的、可以正式在腹腔手术中使用的机器人手术系统，也是目前最复杂和最昂贵的外科手术系统之一。本文結合我校《互联网时代的智慧医疗》课程中的达芬奇机器人手术系统教学实践，围绕达芬奇手术机器人系统的组成结构开展教学内容设计。

1 达芬奇机器人手术系统的组成

达芬奇机器人由三部分组成：外科医生控制台、床旁机械臂系统、成像系统。

（1）外科医生控制台

外科医生控制台是达芬奇机器人系统的控制中心，由计算机系统、监视器、控制手柄、脚踏控制板及输出设备组成。外科医生控制台的操作者坐在消毒区域以外，通过使用控制手柄来控制手术器械和立体腔镜。术者通过双手动作传动手术台车上仿真机械臂完成各种操作，从而达到术者的手在患者体内做手术的效果。同时可通过声控、手控或踏板控制腹腔镜。术者双脚置于脚踏控制板上配合完成电切、电凝等相关操作。达芬奇机器人系统让术者在微创的环境里可以达到开放手术的灵活性。

（2）成像系统

成像系统（Video Cart）内装有外科手术机器人的核心处理器以及图象处理设备，在手术过程中位于无菌区外，可由巡回护士操作，并可放置各类辅助手术设备。外科手术机器人的内窥镜为高分辨率三维（3D）镜头，对手术视野具有10倍以上的放大倍数，能为主刀医生带来患者体腔内三维立体高清影像，使主刀医生较普通腹腔镜手术更能把握操作距离，更能辨认解剖结构，提升了手术精确度。

（3）床旁机械臂系统

床旁机械臂系统（Patient Cart）是外科手术机器人的操作部件，其主要功能是为器械臂和摄像臂提供支撑。助手医生在无菌区内的床旁机械臂系统边工作，负责更换器械和内窥镜，协助主刀医生完成手术。为了确保患者安全，助手医生比主刀医生对于床旁机械臂系统的运动具有更高优先控制权

2 结构分析

外科医生控制台：系统的大脑中区，通过主治医生的控制，通过程序转化为指令传输到机械臂，使之相应动作。

床旁机械臂系统：使用固定机构;手臂机构为关节型手臂机构和机器人手腕机构;传动装置为连杆传动和流体传动机构。是主要的机械工作部位，整个系统最重要部分。

成像系统：整个系统中的传感部分是机器人视觉的表现。通过腔镜臂将手术实时的图像传输到主屏幕，并使用高清三维显示。

达芬奇手术系统集成了高端运动控制技术，这样机器手臂的每个动作都能像熟练的外科医生一样顺畅、准确——即便在很慢的计算速度下。每个达芬奇HD系统包含有30多个由马克森精密电机公司生产的电机。这些电机是每个机械手臂的心脏。

3 机械手臂特点

机械手可以模拟人手各种操作，动作的自由度高达7度，包括臂关节上下，前后自由运动与仿真手腕的左右旋转，开合，末端关节弯曲共7种动作，可作沿垂直轴360°和水平轴270°旋转，且每个关节活动度大于90°。尤其在进行深部操作时，机械手动作灵活，体积小巧，与开放手术的人手操作相比具有显著优势。

由于达芬奇机器人的机械手拥有7个自由度，具有人手无法企及的精确性。“达芬奇”还可以过滤人手的抖动，使得手术可以更精细。此外，机器人手术还具有移动缩减功能的特点，也就是说医生在操纵这一装置的过程中，移动操作杆5毫米，在患者体内的机械末端仅移动1毫米，这样就大大提高了手术的精确性和安全性。

仿真接携手配置了各种类型的手术器械，可满足抓持，钳夹，缝合等各项操作要求。手术器械近百种，8毫米左右大小。

4 应用

目前达芬奇手术机器人的应用范围为心外科、尿外科、普通外科、肝胆外科、妇产科、胸外科等。在诸多科室中他都表现出优越的性能，未来达芬奇手术机器人会更多地普及到各个科室，完成各种手术。的全健康档案，可以使患者得到更有针对性的治疗方案。

结束语

通过以上内容的教学，学生对达芬奇手术机器人有了较深的理解，为后续深入学习智慧医疗打下基础。

参考文献

[1] 揭开“达芬奇”手术机器人的神秘面纱[EB/OL].https：//www.sohu.com/a/327225922_671272.2019-07-16.