刘雨霆
1 工作原理与性能
复杂的手术可能持续时间数小时，该时间段内要求医生长时间在手术台前进行手术操作，高强度的体力消耗可能带来医生专注度上的降低，无疑对医生和患者来说都是有着巨大风险的因素。另一方面来说有些手术器械会带来的辐射对于手术台前的医生与护士来说都是有非常大害处的。
目前对于微小创口手术的需求越来越大，患者和医生都寻求一种能够达到手术治疗效果的同时，能够恢复快、感染概率小的手术方案。依靠微小直径的手术机械臂实现微创手术，可以通过远程遥控手术操作，实现手术动作。医生可通过远程的图像或其他传感器来实时了解机械臂在体腔内的动作以及状态，而本人可在安全舒适的工作环境内利用力反馈手柄等工具进行手术。
手术机械臂与上位机操作系统形成主从操作系统。机械臂内嵌手术操作工具（如活检钳、镊子、剪刀、激光能量刀以及消融工具等）进行必要的手术操作，另外设计符合机械臂工作环境的嵌入传感器（力传感器、距离传感器、视觉传感器）来传输操作端的信息供医生操作参考；医生通过传感器数据得知体腔内的实时手术环境，还可以通过已有的技术了解判断更多患者的情况（如X射线成像、核磁共振成像或心电图等），如图1所示。
进行体腔手术时会受到心跳以及呼吸作用的影响而对复杂精密的手术操作进行干扰。呼吸作用对肝脏、心脏等多器官的手术均会形成影响，往往造成较大的动作浮动；而心跳对于心脏手术影响较大，造成心脏进行较大加速度的周期运动。传统的方法依靠局部施加吸力或者压力进行局部组织停跳，从而获得较为稳定的手术操作环境；另一种方法是使用心肺支持系统，通过外界器械代替心肺保证手术过程中的体内循环正常进行，然而这两种方法都对人体器官组织有所伤害，也增长了患者的康复时间。依靠跟踪算法或者心脏运动模型可以通过闭环控制驱动机械臂自动补偿器官组织运动，消除心跳等对于手术的影响。保证医生可以在遥控段获得相对稳定的操作环境以及视野。研究表明依靠手动操作医生无法无相位和幅值的跟踪器官运动[1]，而对于心脏的动态跟踪技术可以通过系统响应自动完成这一操作，减少医生的负担，保证手术的准确进行。
图1 医生通过手柄远程操作进行手术
2 应用前景
医疗资源不足和分布不均是社会和谐发展的重要的影响因素之一。也时常听到重症病人获得社会救助，通过直升机运送到拥有医疗条件的医院时，由于耽误时间太长而错过抢救时间的悲剧。而远程医疗技术正是解决此问题的答案，拥有手术经验技术的医生不用千里迢迢去地方医院对于病患进行手术，而身患重病的患者也无需在饱受病痛的同时遭受路途颠簸的双重折磨。
【注释】
[1]Volkmar F.Manual control and tracking — a human factor analysis relevant for beating heart surgery ［J］.Annals of Thoracic Surgery, 2002, 74(2): 624–628.
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