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手术机器人:从实验室到手术室的路到底有多长?
导语:对于生物技术产业而言,从大学实验室到商业化的道路复杂而漫长,其中的挑战包括很长的交付周期,有时甚至是以几十年来衡量,还有从创意转化为创新的成本、知识产权、专利和许可等问题。

对于生物技术产业而言,从大学实验室到商业化的道路复杂而漫长,其中的挑战包括很长的交付周期,有时甚至是以几十年来衡量,还有从创意转化为创新的成本、知识产权、专利和许可等问题。

然而,专门设计机器人以帮助外科医生在身体中难以触及的区域进行手术的机械工程教授Nabil Simaan并没有轻易放弃。他拥有多年与商业实体合作的经验,同时拥有多项专利,仅2017年就有三项。

Simaan的先进机器人技术和机械应用实验室在推进多种机器人技术的医疗应用方面处于领先地位,其中包括用于单个小切口的微型机器人,人工耳蜗植入术和喉部微创手术。

Simaan表示,“该研究的一个重点是智能机器人设备的设计,它可以感知和调节它们与解剖结构的相互作用。这些机器人可以与外科医生协作安全切除或消融组织。”

Simaan是可插入式机器人效应平台(Insertable Robotic Effector Platform,IREP)的联合发明人。拥有多项专利的IREP是被认为是世界上最小的机器人系统,并在2013年被誉为是医学科学的突破。它被授权给Titan Medical,并开发了用于单端口手术的Titan SPORT系统。

微型机器人手术工具可以通过大约15毫米的小切口进入人体。一旦进入人体,它可以展开成为一个用于三维可视化和成像反馈的相机系统,以及两个执行手术的蛇形手臂。

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IREP经历了几个发展阶段。首先,哥伦比亚大学计算机科学家Peter Allen设计了一种可插入的摄像头,该摄像头可以倾斜、平移并跟随腹部手术器械的运动,并将其视觉投影到计算机屏幕上。哥伦比亚大学的外科医生Dennis Fowler利用该技术在猪身上进行了多次阑尾切除术、肾脏切除术以及其他手术。

在范德堡,Simaan给IREP安装了两个蛇形机械臂,机械臂由一系列推拉式柔性梁构成,可以在徐亚的方向弯曲和扭转。Simaan还通过IREP的手腕和抓手来操纵物体。

他说,“通常情况下,作为研究性实验室,我们至少要在行业领先10年,通过引入新技术创新手术方式。但大学研究人员和行业都在迎头赶上。”在2012年加入工程学院时,Simaan将实验室迁往范德堡。

最新的ARMA技术,一种切除膀胱肿瘤的原型机器人系统显示出巨大的前景,已经在动物研究中证明是成功的。研究最近发表在《Journalour Endourology》上,并且在2018年工程与泌尿学学会会议上获得最佳论文奖。

在所有癌症诊断中,膀胱癌的发病率在美国排名第四,在全球男性中排名第七。Simaan说,“膀胱癌的治疗费用也很高,需要反复切除,因为外科医生会‘分段’切除膀胱肿瘤,这往往会导致复发和更多的手术。”

Simaan和他的团队开发了一种名为TURBot的经尿道机器人平台。这是第一款内窥镜机器人系统,可提供全面覆盖整个膀胱的手术,包括颈部和穹窿,需要首先在动物体内进行实验评估。

TURBot的微型多骨干连续机器人的三个1.8毫米工作通道使用抓手,定制柔性相机和其他成像探头来到达膀胱的所有区域。模拟的膀胱损伤通过激光成功消融。

Simaan和他的两名前学生联合创办了一家公司,开发机器人辅助尿道膀胱肿瘤切除术的技术。

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