【有“手眼脑”的手术机器人如何研发？国家技术发明奖获奖人解答】新京报快讯（采访人员 张璐）国家科学技术奖励大会11月3日举行 ， 天津大学“腹腔微创手术机器人与器械关键技术及应用”获得国家技术发明奖二等奖 。 手术机器人有何优势？研发上突破了哪些难题？对此 ， 天津大学机械工程学院副教授李进华接受新京报采访人员采访 。
20年前就开始探索手术机器人基础原理
手术机器人是先进医疗装备的典型代表 ， 是机械工程领域前沿研究热点和难点之一 。 李进华说 ， 天津大学团队研发的“妙手”腹腔微创手术机器人 ， 是国内首个获得产品注册证的腹腔微创手术机器人 ， 具有完全自主知识产权 ， 可延伸医生的手术能力 ， 并实现了远程手术示范应用 。
“近几年 ， 国内渐渐认识到微创手术机器人的价值 ， 但早在2000年 ， 团队负责人就已经开始了微创手术机器人基础原理的探索工作 。 ”回顾研发历程时 ， 李进华称 ， 团队在2010年完成了国内第一台微创机器人的样机 ， 2014年进行了国内首例临床试验 ， 2018年完成了国内首个多学科的临床实验 。 作为医生的帮手 ， 该机器人在2018年便完成了肺癌根治、胃癌根治、肝癌根治、肾部分切除、胰体尾切除、超低位直肠癌根治、子宫切除等复杂手术 。
缩放医生动作 ， 实现精准操作
以往手术在腹部开刀 ， 给患者带来一定的心理压力 。 微创手术在肚子上打几个小孔 ， 细长的手术器械通过小孔深入腹部完成手术 ， 小切口完成大手术 ， 患者出血少 ， 创伤小、恢复快、不仅术后疤痕少 ， 感染率也大大降低 。
“医生手持手术器械操作时 ， 手术器械是一根细长杆儿带着一个镊子 ， 由于手术器械末端没有关节 ， 操作起来不灵活 。 腹部切口相当于一个支点 ， 医生需要反向操作 ， 往上动时手得往下走 ， 所以培训周期特别长 。 ”李进华说 ， 手术机器人克服了这些缺点 ， 通过控制系统还原了医生的手部动作 。
同时 ， 手术机器人可以实现比例缩放 ， 例如做心脏手术等特别精细的手术时 ， 机器人可以把人手的动作缩放 ， 比如医生通过手柄操作动了10厘米 ， 患者体内的机器臂只动了1厘米 ， 以此提升手术操作的精准性 。
疫情期间助力医生异地完成手术
像人类一样 ， 微创手术机器人也有“手”、“眼”和“脑” 。 机器人的“手”可以灵活操作患者腹内的手术器械 ， “眼”是高清立体内窥镜 ， 可以让医生恢复深度感觉 。 “脑”是控制系统 ， 能够精准模拟医生手部动作 ， 把医生的意图反映出来 。
“手”、“眼”和“脑”在研发上各具难点 。 为了让“多自由度微创手术器械”灵活模拟人手动作 ， 团队在器械末端增加了很多关节 ， 手术器械结构变复杂了 ， 但其尺度仍然受限 ， 需要通过患者腹部小孔深入 ， 通常仅有8-10毫米 。 另外 ， 手术器械在做部分手术时需要输出足够大的操作力 。 “体积小、结构复杂 ， 还要有很大的操作力 ， 这本身就是相互矛盾的 。 我们研究了很多年 ， 最终利用丝传动技术 ， 突破了这一难题 。 ”
李进华称 ， “内窥镜”也要通过腹部小孔进入患者体内 ， 团队研发了双目内窥镜 ， 模拟人眼成像原理 ， 使医生视野清晰 ， 看到的景象呈现立体效果 。 “我们在内窥镜有限的体积里放了两个光路 ， 为避免视觉疲劳 ， 需要保证两个光路的一致性 。 ”
近两年受疫情影响 ， 很多患者不方便异地就医 ， 此时手术机器人也派上了用场 。 今年 ， “妙手”手术机器人已经完成了50例远程手术 。 “手术机器人有快速反应能力和实时稳定通讯功能 ， 在低延时的5G网络支持下 ， 医生可以通过观看异地画面操作手柄 ， 对手术器械进行精确控制 。 ”