1、模块化机器人在外科手术中的应用探索

模块化机器人在外科手术中的应用探索

1. 外科手术机器人发展趋势与挑战

当前，外科手术机器人正从传统的主从式机器人向用于筛查和简单手术操作的小型化设备转变。例如，胶囊内窥镜在过去五年中已在全球范围内成功应用。为增强商用内窥镜胶囊的灵活性，研究人员探索了多种方式，如使用带腿胶囊和外部磁场驱动的胶囊来实现胶囊的移动，还研究了带有小型化手臂的内窥镜胶囊在活检中的应用。此外，自然腔道内镜手术（NOTES）和单端口接入手术等新手术程序也在加速创新内窥镜设备的发展。

然而，这些先进的外科手术设备存在一些局限性。由于空间限制，其可实现的功能通常有限。而且，带有小型化手臂的先进胶囊或内窥镜灵活性较差，因为手臂直径小，导致其末端产生的力也较小。

2. ARES系统的提出与设计

为克服单胶囊或内窥镜设备的内在局限性，提出了一种名为ARES（组装可重构腔内手术系统）的模块化外科手术机器人系统。该系统旨在用于胃肠道的筛查和干预。

2.1 临床适应症与手术流程

• 临床目标 ：ARES系统的临床目标是整个胃肠道，包括食管、胃、小肠和结肠。首先关注的手术任务是检测胃上部（胃底和贲门）早期癌症的活检。
• 手术流程 ：
  1. 患者饮用液体使胃扩张至约1400毫升。
  2. 患者摄入10 - 15个机器人模块，这些模块在10 - 20分钟内完成组装。
  3. 机器人根据术前规划通过模块的重复对接和分离来配置拓扑结构。
  4. 外科医生通过主设备无线双向控制