ROSA機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)
——發(fā)展、原理與應(yīng)用

宋強(qiáng) 李凱 宋文杰 趙獻(xiàn)坤 青島市市立醫(yī)院醫(yī)療器械部 （山東 青島 266000）

內(nèi)容提要： ROSA（Abbre. Robot of Surgery Assistant）機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)是一種基于影像導(dǎo)向的、計(jì)算機(jī)控制機(jī)電臂的、外科手術(shù)輔助自動(dòng)化平臺(tái)，主要由機(jī)械臂、觸摸屏、移動(dòng)推車、軟件、專用器械等部分組成，是腦外科/脊柱外科精準(zhǔn)微創(chuàng)類手術(shù)和復(fù)雜器械操作機(jī)器人技術(shù)的代表。ROSA是法國(guó)Medtech公司研發(fā)的新一代多功能人工智能輔助外科應(yīng)用平臺(tái)。文章主要介紹了ROSA機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)的發(fā)展、原理、組成、應(yīng)用、常見故障分析等。

隨著科技的發(fā)展和時(shí)代的進(jìn)步，機(jī)器人技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于社會(huì)各行各業(yè)，也包括醫(yī)療領(lǐng)域。目前，醫(yī)療領(lǐng)域機(jī)器人主要包含手術(shù)機(jī)器人、康復(fù)機(jī)器人、輔助機(jī)器人、服務(wù)機(jī)器人等，涉及計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、傳感器技術(shù)、影像學(xué)技術(shù)、大數(shù)據(jù)人工智能等多個(gè)技術(shù)層面[1,2]。

伴隨著醫(yī)學(xué)領(lǐng)域革命性和創(chuàng)新性診療技術(shù)的出現(xiàn)與發(fā)展，手術(shù)機(jī)器人輔助下的精準(zhǔn)微創(chuàng)手術(shù)應(yīng)用越來越廣泛，其主要特點(diǎn)是高效、精準(zhǔn)、微創(chuàng)、療效確切，無需開放性手術(shù)，術(shù)后恢復(fù)快，起到良好的智能輔助作用[3,4]。ROSA機(jī)器人以其出眾的性能，被譽(yù)為神經(jīng)外科界的“達(dá)芬奇”手術(shù)機(jī)器人。據(jù)了解，目前，該機(jī)器全球總裝機(jī)超過300臺(tái)，其中，中國(guó)裝機(jī)超過30臺(tái)，已完成超過50000臺(tái)/次的機(jī)器人輔助手術(shù)。2018年底，青島市市立醫(yī)院正式引進(jìn)膠東半島第一臺(tái)神經(jīng)外科ROSA機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)，標(biāo)志著本院神經(jīng)外科正式邁入精準(zhǔn)智能神經(jīng)外科新時(shí)代。

1.ROSA機(jī)器人人工智能輔助技術(shù)介紹

1.1 ROSA機(jī)器人人工智能輔助技術(shù)概述

ROSA是法國(guó)Medtech公司研發(fā)的新一代多功能人工智能輔助外科應(yīng)用平臺(tái)，創(chuàng)新的核心技術(shù)是采用了六度自由機(jī)械臂傳感技術(shù)、無標(biāo)記點(diǎn)的自動(dòng)注冊(cè)技術(shù)、患者體位動(dòng)態(tài)追蹤技術(shù)、復(fù)雜器械操作的軟件程控技術(shù)，開創(chuàng)了腦外科/脊柱外科機(jī)器人技術(shù)的里程碑，是腦外科/脊柱外科精準(zhǔn)微創(chuàng)類手術(shù)和復(fù)雜器械操作機(jī)器人技術(shù)的代表[4,5]（圖1）。

圖1. ROSA機(jī)器人結(jié)構(gòu)

ROSA機(jī)器人輔助系統(tǒng)采用現(xiàn)代影響學(xué)定位和立體定向儀引導(dǎo)，通過對(duì)患者顱腦進(jìn)行細(xì)致的掃描，配合彩色多普勒影像儀來構(gòu)建三維立體的腦部結(jié)構(gòu)圖，準(zhǔn)確定位靶點(diǎn)位置，誤差精確到1mm以內(nèi)。

1.2 ROSA機(jī)器人人工智能輔助技術(shù)組成

ROSA是基于影像導(dǎo)向的、計(jì)算機(jī)控制機(jī)電臂的、神經(jīng)外科手術(shù)輔助自動(dòng)化平臺(tái)，主要由機(jī)械臂、觸摸屏、移動(dòng)推車、軟件、專用器械等部分組成，主要用于手術(shù)室，供空間定位和定向器械固定器或工具[6,7]。其中，觸摸屏通過指示要做的動(dòng)作以及提供各種不同指令確保ROSA及其用戶之間的信息交流。專用器械包括注冊(cè)用指示探針導(dǎo)航用指示探針、光學(xué)距離傳感器、器械固定器、器械適配器、腦室內(nèi)鏡器械固定器、經(jīng)鼻內(nèi)鏡器械固定器、微型驅(qū)動(dòng)固定器、機(jī)器臂X射線圖形、Leksell框架X射線板等。該系統(tǒng)導(dǎo)引基于采用三維影像處理軟件制定的術(shù)前計(jì)劃，并使用基準(zhǔn)標(biāo)記點(diǎn)或光學(xué)注冊(cè)。

1.3 工作原理

ROSA機(jī)器人人工智能輔助技術(shù)的操作原理基于不同階段：①患者頭部基準(zhǔn)點(diǎn)的應(yīng)用（取決于注冊(cè)方法）；②手術(shù)前影像采集（三維MRI/CT或二維X射線影像）；③手術(shù)前影像分割和制定手術(shù)計(jì)劃；④在手術(shù)室安裝ROSA設(shè)備并將移動(dòng)手推車與頭部固定架或立體定向框架連接；⑤使用基準(zhǔn)點(diǎn)注冊(cè)、遠(yuǎn)程傳感器自動(dòng)注冊(cè)或立體定向框架注冊(cè)進(jìn)行ROSA設(shè)備術(shù)前數(shù)據(jù)注冊(cè)；⑥依據(jù)手術(shù)前計(jì)劃進(jìn)行手術(shù)（手術(shù)器械的導(dǎo)向和操作）。

1.4 操作步驟

主要操作分為如下步驟：①手術(shù)前，進(jìn)行患者頭部影像（三維MRI/CT或二維X射線影像）采集，并輸入到ROSA應(yīng)用程序中，并使用基準(zhǔn)標(biāo)記點(diǎn)或光學(xué)注冊(cè)；②手術(shù)前，外科醫(yī)生使用ROSA軟件依據(jù)患者影像進(jìn)行手術(shù)計(jì)劃，設(shè)定用于定位手術(shù)器械所需的手術(shù)參數(shù)（例如：靶點(diǎn)、進(jìn)入點(diǎn)和器械長(zhǎng)度），同時(shí)配置合適的手術(shù)器械；③手術(shù)中，ROSA依據(jù)先前完成的手術(shù)計(jì)劃為必需器械提供精確、嚴(yán)格的導(dǎo)引。

1.5 應(yīng)用范圍

目前，ROSA機(jī)器人能夠精準(zhǔn)輔助開展神經(jīng)外科手術(shù)的例子包括但不限于：腦立體定向神經(jīng)外科手術(shù)：腫瘤活組織檢查、囊腫、功能性神經(jīng)外科手術(shù)（電極植入）、導(dǎo)管植入、鐳放射治療；腦室內(nèi)鏡神經(jīng)外科：腦室腦池造口術(shù)、內(nèi)鏡活檢術(shù)；經(jīng)鼻內(nèi)鏡神經(jīng)外科手術(shù)：垂體手術(shù)、顱底腫瘤切除術(shù)；導(dǎo)航下顱骨開放性神經(jīng)外科手術(shù)：腫瘤切除手術(shù)、海綿狀血管瘤手術(shù)；以及任何其他需要精確定位靶點(diǎn)或定位器械的顱腦神經(jīng)外科手術(shù)[8-10]。

2.ROSA機(jī)器人常見故障及解決方案

2.1 故障1：觸摸屏未啟動(dòng)

故障分析：①屏幕關(guān)閉；②電線、電纜斷開；③屏幕顯示“No video input”（無視頻輸入）然后黑屏。

解決方案：①打開屏幕開關(guān)；②檢查電源線、電纜是否連接好；③按下設(shè)備后面板上的“Reset”（復(fù)位）按鈕。

2.2 故障2：液壓固定系統(tǒng)不工作

故障分析：①液壓控制在待命之后被關(guān)閉；②停止點(diǎn)隨著液壓促動(dòng)器的運(yùn)行被創(chuàng)建。腳沒有充分抬高或降低。

解決方案：①按下按鈕提升或降低液壓促動(dòng)器使其退出待命狀態(tài)；②提升/降低液壓促動(dòng)器到停止點(diǎn)，當(dāng)達(dá)到停止點(diǎn)時(shí)“HP355”閃爍于液壓促動(dòng)器屏幕上面，同時(shí)按下上和下按鈕刪除停止點(diǎn)。

2.3 故障3：機(jī)器臂移動(dòng)時(shí)中斷

故障分析：ROSA器械表明檢測(cè)到碰撞，出現(xiàn)停止保護(hù)或者不合適的器械被安裝到機(jī)器臂上面。

解決方案：確保安裝的器械符合操作步驟里的當(dāng)前階段。

2.4 故障4：機(jī)器臂在合作模式下緩慢漂移

故障分析：工具接觸物體。

解決方案：確保固定到機(jī)器臂的原件沒有接觸外部物體。

2.5 故障5：ROSA頁面顯示與光傳感器的通訊錯(cuò)誤

故障分析：光學(xué)傳感器的加電序列不工作。

解決方案：檢查光傳感器正確插入（可見紅色激光束）。重新校正偏差之前關(guān)閉并打開光傳感器。

2.6 故障現(xiàn)象6：手動(dòng)注冊(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)不精準(zhǔn)、立體定位框架注冊(cè)不精確

故障分析：患者圖像不精確。

解決方案：確保遵守ROSA圖像采集協(xié)議。驗(yàn)證患者圖像中無顯著偽影或失真。確認(rèn)采集的二維X射線圖像與正位/側(cè)位注冊(cè)板方向一致。

3.小結(jié)

隨著人工智能的高速發(fā)展，ROSA機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)將不斷更新?lián)Q代，并不斷拓展在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用范圍，更好地服務(wù)于廣大患者[11-14]。