关键词:
微创辅助手术机器人
触觉反馈
数字孪生
手术技能评估
摘要:
微创辅助手术机器人作为象征现代先进医疗技术的重要治疗手段,凭借着降低医生长期手术出现的疲劳、极少的出血量、相较于传统腔镜手术更小的创口以及更快的愈合速度等优点,自2000年首台手术机器人问世以来得到了国内外广泛关注和推广。然而,其分体式设计隔离了医生的手部操作,较难为主刀医生传达软组织的触感;且当前国内辅助手术机器人严重依赖进口产品;尸源匮乏导致医生学习手术机器人操作机会较少,考核评估依赖传统的师徒亲授,给基层外科培训带来一定的挑战。针对以上问题,本研究为医生开发一套更低成本,具备低延时触觉反馈且可推广至基层医疗单位的集成了客观数据评估的手术机器人及其数字孪生训练系统。本文的主要工作包含如下内容:
(1)自主研究设计了一套具有触觉反馈的分体式微创辅助手术机器人训练系统,包括机器人远心运动约束算法设计、主从端硬件设计和耦合机制研究。为国内医学院提供较国外更低成本且具有触觉反馈的辅助手术机器人训练系统。
(2)配套开发了对应的数字孪生体和虚拟手术训练环境,高度仿真及监测控制主端和受控从端行为,从而减少对真实尸体或脏器需求,可实现微小物体转移,软组织切割等手术技能训练模块。
(3)针对上述系统根据主观评价和客观评价,探究了该系统对医生双手技能熟练度的区分度。并利用熵权法确定训练模块的每一项指标对评估医生技能的权重值,形成得分函数模型,对医生双手技能形成定量分析。
通过实验探究的结果表明,该套系统可以很好的区分新手医生和专家医生的术中双手技能熟练程度,具有触觉反馈的分体式手术机器人使得医生在手术操作过程中更有自信,对我国基层微创辅助手术机器人发展具有一定的促进作用。