机器人辅助手术的创新机械控制器设计

东京工业大学的科学家为机器人手术中使用的机械臂设计了一种新的控制器。他们的控制器结合了商用机器人系统中使用的两种不同类型的手柄，以充分利用它们的优势，从而减少外科医生的工作量并提供良好的精度。

机器人涉及很多领域，医学也不例外。在过去的十年里，机器人辅助手术在几乎每个外科领域都取得了巨大的进步。机器人辅助手术通常使用包括主从配置的手术机器人系统来执行，其中“主”是由外科医生操作以控制机械臂的控制器设备。该系统通过过滤掉手抖并将其手部动作缩小到更小的范围来提高外科医生的灵活性和准确性。它们还降低了常见手术并发症的风险，如手术部位感染。

然而，机器人辅助手术有其自身的缺点，尤其是对于操作者来说。机器人外科医生在手术过程中有时会感到不舒服，手指疲劳很常见。这种不适感与他们握住主控制器的方式有关。控制手术机器人通常使用两种手柄：“捏手柄”和“电动手柄”。几个世纪以来，抓握一直被用于常规手术。它包括使用拇指、中指和食指来实现高精度运动。另一方面，电动手柄包括用整只手握住手柄，更适合大功率工作和大运动。

因为捏手会给手和手指的一些肌肉带来压力，更容易导致疲劳。而且，虽然电动握把似乎不会引起这样的不适，但其控制精度较差。因此，在手捏造成的不适和缺乏对力量握持的精细控制之间存在权衡。幸运的是，东京工业大学的两位研究人员，索尔蒙郑先生和小太郎塔达诺博士，找到了解决这个问题的聪明方法。在《国际医疗机器人与计算机辅助外科杂志》发表的一项研究中，研究人员推测可以设计一种结合两种保持方法的主控制器。Tadano博士解释说：“在机器人手术中，两种传统抓取方法的局限性与每种抓取方法的优缺点密切相关。因此，我们想研究一种关节抓取方法能否提高机器人手术中的搬运性能，因为它可以利用两种夹持方法的优点来弥补它们的缺点。”

概念验证实验结束后，研究人员设计了一个具有模块化主控制器的机器人手术系统，该系统可以调整为采用揉捏、电动或组合抓取方式。该系统已通过定点实验进行了测试，其中15名参与者必须控制机械臂，在最短时间内将针尖带入目标孔，而不会遇到障碍物。针对每种类型的抓握测试了各种条件，例如使用手臂和手掌支撑、使用手柄、抓握类型和捏捏动作。结果表明，组合握拍在定向实验的各个方面都有很好的表现，包括失败(遇到障碍)的次数、达到目标所需的时间以及动作的总长度。

这种新的主控制器设计可能是机器人辅助手术朝着正确方向迈出的一步。“机器人手术主控制器的操作方法对直观性、舒适性、准确性和稳定性有很大影响。除了能够进行精确的手术，舒适的手术方法也可能使患者和外科医生受益。”虽然Tadano还需要进一步的工作来分析与机器人手臂操作相关的其他变量，但这项工作无疑为先进的手术机器人系统铺平了道路。

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