سیستم های ربات های جراح برای فرآیند اندوسکوپیک

سیستم های ربات های جراح برای فرآیند اندوسکوپیک جراحی های کم تهاجمی، از جمله روش های لاپاراسکوپی و توراکوسکوپی، از نظر بهبود نتایج پس از عمل و زمان بهبودی کوتاه برای بیماران مفید است. چالش‌های مربوط به هماهنگی دست و چشم و مهارت دستکاری در طی روش‌های فوق الذکر موج عظیمی از پیشرفت‌ها را در سیستم‌های رباتیک جراحی برای کمک به روش‌های سوراخ کلیدی و آندوسکوپی در دهه‌های گذشته ایجاد کرده است. در این مطالعه، چالش‌های توسعه و چشم‌اندازهای آینده به طور عمیق مورد بحث قرار می‌گیرند تا نیاز به فن‌آوری‌های توانمند جدید و الهام بخشیدن به تحقیقات آینده را نشان دهند. جراحی سوراخ کلید (به عنوان مثال، روش های لاپاراسکوپی و توراکوسکوپی) به دلیل مزایایی که دارد، مانند نرخ پایین عوارض بعد از عمل، درد کمتر، زمان بهبودی کوتاه و زیبایی عالی به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفته است. چالش‌های دستکاری در این روش‌ها، از جمله درک بصری محدود، کاهش مهارت دیستال، هماهنگی معکوس دست و چشم، و مانع از حس لمسی، موج گسترده‌ای از پیشرفت‌ها را در سیستم‌های رباتیک جراحی برای بهبود کمک و دستیابی به قابلیت‌های مافوق بشری ایجاد کرده است. دستکاری‌های جراحی می‌توانند اشکال و طرح‌های actuation مختلفی داشته باشند. با توجه به اینکه طرح کنترل سیستم های رباتیک جراحی عمدتاً از راه دور است، کنسول جراح عمدتاً از یک نمایشگر 2 بعدی/3 بعدی، یک جفت دستگاه اصلی و یک صفحه نمایش لمسی/صفحه کلید با چند پدال برای ورودی های کاربر تشکیل شده است. این سیستم گاهی اوقات شامل یک چرخ دستی برای نمایشگر اضافی، تجهیزات جراحی الکتریکی و رایانه های پردازش داده می شود که به عنوان یک مرکز اطلاعات در طول عمل جراحی عمل می کنند. جراحی های غیر از سوراخ کلید و روش های آندوسکوپی از تکنیک های درمانی متفاوتی استفاده می کنند که به نوبه خود منجر به سیستم های رباتیک جراحی با ویژگی های متفاوت می شود. به عنوان مثال، ربات های ارتوپدی و جراحی مغز و اعصاب بر ثبت دقیق و مسیر محدود حین عمل تاکید دارند. برنامه ریزی، در حالی که روش های مداخله ای از راه پوست رباتیک بر فشردگی ابزار (به عنوان مثال، از طریق استفاده از لوله های متحدالمرکز و سازگاری تصویربرداری تشدید مغناطیسی تمرکز می کنند. سیستم هایی برای روش های چند پورتی ابزارهای جراحی به صورت جداگانه از طریق برش های دیواره شکم یا قفسه سینه در طی یک روش چند پورت وارد می شوند. آنها می توانند شکلی مستقیم چوب مانند با مچ دست دیستال داشته باشند یا ساختاری multi-DoF داشته باشند. در حالت اول، ابزارها باید توسط دستکاری کننده های سمت بیمار برای حرکات RCM دستکاری شوند، جایی که ابزار با توجه به برش پوست به منظور جلوگیری از پاره شدن دیواره شکم چرخانده می شود. سپس، چهار DoF توسط دستکاری کننده خارج از بدن، از جمله DoFهای گام و انحراف، و همچنین چرخش در امتداد و حول محور ابزار به ابزار داده می شود. فرم ها و ساختارهای دستکاری کننده های RCM در بخش "حرکات RCM" بررسی شده است. مچ دیستال اغلب برای افزایش مهارت دیستال (یعنی افزایش تعداد DoFs) یکپارچه می شود. طرح های مختلف مچ دست در بخش "طراحی و فعال سازی مچ دست" گزارش شده است. RCM movements در روش چند پورت، یک ابزار چوب مانند به حرکات RCM نیاز دارد: می توان آن را در جهات گام و انحراف با توجه به برش پوست کج کرد. این حرکات RCM توسط دستکاری‌کننده‌های جراحی سمت بیمار، یا با استفاده از مکانیزم RCM یا از طریق کنترل مفاصل چندگانه دستکاری‌کننده به شیوه‌ای هماهنگ (یعنی حرکات RCM قابل برنامه‌ریزی) انجام می‌شود. Wrist design and actuation در حالی که حرکات RCM یک ابزار توسط یک دستکاری خارج از بدن انجام می شود، یک مچ دست اغلب در انتهای دیستال برای افزایش مهارت یکپارچه می شود، به طوری که بخیه زدن و گره زدن را می توان راحت تر انجام داد. بسیاری از مچ دست ها از طرح هایی با ساختار سریال استفاده می کنند. تمایل به فشردگی طراحی و چیدمان محرک نزدیک اغلب منجر به انتخاب محرک کابل می شود. از جمله طرح معروف EndoWrist نشان داده شده در شکل 5A. فعال سازی آلیاژ حافظه شکل نیز یک رویکرد ممکن برای تحقق طرح های فشرده مچ است. با این حال، پاسخ های حرکتی نسبتا کند هستند. برای مثال، تبادل حرارتی تقریباً 8 ثانیه طول می کشد. برای افزایش استحکام ساختاری مچ دست، پیوندهای سریالی و موازی نیز پیشنهاد شده است. نمونه های نمایشی با استفاده از فعال سازی کوپلر متصل به سریال و ساختار 3-PRS در شکل 5b و 5c نشان داده شده است. Intracorporeal movements علاوه بر ابزارهای چوب مانند با دستکاری‌کننده RCM، دستکاری‌کننده جراحی سمت بیمار نیز می‌تواند به گونه‌ای طراحی شود که مستقیماً حرکات درون بدنی چند DoF را درک کند. در این مورد، فقط یک پایه قفل شونده لازم است تا این دستکاری‌کننده‌های جراحی ماهرانه را در درگاه‌های ورودی شکم بیمار نگه دارد. سپس، دستکاری‌کننده‌ها دیگر تحت حرکات RCM (مثلاً چرخش به جلو و عقب) نخواهند بود، که خطرات برخورد متقابل این دستکاری‌کنندگان کنار تخت را از بین می‌برد. همانطور که در شکل نشان داده شده است، دستکاری‌کننده‌های جراحی با چندین DoF درون بدنی می‌توانند ساختارهای مفصلی، پیوسته یا ترکیبی داشته باشند. در طرح های مفصلی، می توان از محرک کابل [47] یا موتورهای تعبیه شده استفاده کرد. با این حال، استفاده از موتورهای تعبیه شده اغلب منجر به طراحی های حجیم می شود و تحریک کابل تحت تأثیر حفظ تنش قرار می گیرد. بنابراین، ساختار پیوسته اخیراً به یک انتخاب محبوب تبدیل شده است، جایی که می توان از نگه داشتن کشش کابل توسط ساختار الاستیک کاهش داد یا در طرح های ستون فقرات چند الاستیک اجتناب کرد. یک طراحی ترکیبی با استفاده از یک مکانیسم پیوسته دوگانه معکوس 2-DoF برای تشخیص درون بدنی و یک EndoWrist 2-DoF برای جهت گیری اخیرا پیشنهاد شده است. این طراحی ترکیبی از مزایای مچ دست مفصلی است که مهارت و مهارت بیشتری را در فضاهای محدود فراهم می‌کند و مکانیزم پیوسته دوگانه که بار و قابلیت اطمینان را افزایش می‌دهد. نکات کلیدی: جراحی های کم تهاجمی، از جمله روش های لاپاراسکوپی و توراکوسکوپی، از نظر بهبود نتایج پس از عمل و زمان بهبودی کوتاه برای بیماران مفید است. چالش‌های مربوط به هماهنگی دست و چشم و مهارت دستکاری در طی روش‌های فوق الذکر موج عظیمی از پیشرفت‌ها را در سیستم‌های رباتیک جراحی برای کمک به روش‌های سوراخ کلیدی و آندوسکوپی در دهه‌های گذشته ایجاد کرده است. روش های لاپاراسکوپی و توراکوسکوپی به دلیل مزایایی که دارد، مانند نرخ پایین عوارض بعد از عمل، درد کمتر، زمان بهبودی کوتاه و زیبایی عالی به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفته است. دستکاری‌های جراحی می‌توانند اشکال و طرح‌های فعالیتی مختلفی داشته باشند. با توجه به اینکه طرح کنترل سیستم های رباتیک جراحی عمدتاً از راه دور است، کنسول جراح عمدتاً از یک نمایشگر 2 بعدی/3 بعدی، یک جفت دستگاه اصلی و یک صفحه نمایش لمسی/صفحه کلید با چند پدال برای ورودی های کاربر تشکیل شده است. سیستم هایی برای روش های چند پورتی ابزارهای جراحی به صورت جداگانه از طریق برش های دیواره شکم یا قفسه سینه در طی یک روش چند پورت وارد می شوند. آنها می توانند شکلی مستقیم چوب مانند با مچ دست دیستال داشته باشند یا ساختاری multi-DoF داشته باشند. در حالت اول، ابزارها باید توسط دستکاری کننده های سمت بیمار برای حرکات RCM دستکاری شوند، جایی که ابزار با توجه به برش پوست به منظور جلوگیری از پاره شدن دیواره شکم چرخانده می شود. سپس، چهار DoF توسط دستکاری کننده خارج از بدن، از جمله DoFهای گام و انحراف، و همچنین چرخش در امتداد و حول محور ابزار به ابزار داده می شود. 1- RCM movements در روش چند پورت، یک ابزار چوب مانند به حرکات RCM نیاز دارد: می توان آن را در جهات گام و انحراف با توجه به برش پوست کج کرد. این حرکات RCM توسط دستکاری‌کننده‌های جراحی سمت بیمار، یا با استفاده از مکانیزم RCM یا از طریق کنترل مفاصل چندگانه دستکاری‌کننده به شیوه‌ای هماهنگ (یعنی حرکات RCM قابل برنامه‌ریزی) انجام می‌شود. 2- Wrist design and actuation یک مچ دست اغلب در انتهای دیستال برای افزایش مهارت یکپارچه می شود، به طوری که بخیه زدن و گره زدن را می توان راحت تر انجام داد. بسیاری از مچ دست ها از طرح هایی با ساختار سریال استفاده می کنند. تمایل به فشردگی طراحی و چیدمان محرک نزدیک اغلب منجر به انتخاب محرک کابل می شود. با این حال، پاسخ های حرکتی نسبتا کند هستند. تبادل حرارتی تقریباً 8 ثانیه طول می کشد. 3- Intracorporeal movements علاوه بر ابزارهای چوب مانند با دستکاری‌کننده RCM، دستکاری‌کننده جراحی سمت بیمار نیز می‌تواند به گونه‌ای طراحی شود که مستقیماً حرکات درون بدنی چند DoF را درک کند. در این مورد، فقط یک پایه قفل شونده لازم است تا این دستکاری‌کننده‌های جراحی ماهرانه را در درگاه‌های ورودی شکم بیمار نگه دارد. سپس، دستکاری‌کننده‌ها دیگر تحت حرکات RCM (مثلاً چرخش به جلو و عقب) نخواهند بود، که خطرات برخورد متقابل این دستکاری‌کنندگان کنار تخت را از بین می‌برد. دستکاری‌کننده‌های جراحی با چندین DoF درون بدنی می‌توانند ساختارهای مفصلی، پیوسته یا ترکیبی داشته در طرح های مفصلی، می توان از محرک کابل [47] یا موتورهای تعبیه شده استفاده کرد. این طراحی ترکیبی از مزایای مچ دست مفصلی است که مهارت و مهارت بیشتری را در فضاهای محدود فراهم می‌کند و مکانیزم پیوسته دوگانه که بار و قابلیت اطمینان را افزایش می‌دهد.