综述:机器人手术

【字体: 时间:2025年04月23日 来源:Nature Reviews Bioengineering

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  这篇综述系统阐述了机器人手术(Robotic Surgery)如何通过人机协同(human-machine collaboration)革新介入医学领域,涵盖被动、交互式(interactive)、遥操作(teleoperated)和自主(autonomous)四类系统,并探讨了微型化(miniaturization)、组织建模(tissue modelling)及实时反馈(real-time feedback)等关键技术对智能手术平台的推动作用。

  

Abstract

机器人手术通过整合人类与机器的互补优势,正在重塑介入医学的格局。其核心在于利用机器人系统在培训阶段与外科医生的智能交互,以及术中不同控制层级(从被动辅助到完全自主)的协作,显著提升手术安全性。与此同时,微型化技术(miniaturization)正突破机器人进入人体深部组织的物理极限,而符合人体工程学的用户界面(ergonomic user interfaces)优化了医生的操作体验。

技术驱动因素

组织建模(tissue modelling)的精度提升、实时反馈(real-time feedback)系统的响应速度,以及多模态能量递送(diverse energy sources)技术的成熟,共同构成了智能人机协作系统(intelligent human–machine collaborative systems)的三大支柱。例如,基于力反馈(force feedback)的触觉传感器可实时调整机械臂动作,避免组织损伤;高频电刀(electrosurgical devices)与超声刀(harmonic scalpels)的集成则拓展了手术适应症。

系统分类与临床适配

根据自主化程度,手术机器人可分为四类:

  1. 被动系统(Passive platforms):如导航辅助(navigation-assisted)骨科机器人,依赖术前规划但无主动操作能力;
  2. 交互式系统(Interactive platforms):代表为达芬奇系统(da Vinci Surgical System),允许医生通过主从控制(master-slave control)完成精细操作;
  3. 遥操作系统(Teleoperated platforms):支持远程手术(telesurgery),但存在信号延迟(latency)挑战;
  4. 自主系统(Autonomous platforms):如视网膜手术机器人(retinal surgical robots),可独立完成预编程任务(pre-programmed tasks)。

未来挑战

当前研究前沿聚焦于人工智能(AI)驱动的术中决策(intraoperative decision-making),例如通过卷积神经网络(CNN)识别肿瘤边界。然而,伦理审查(ethical approval)和法规框架(regulatory frameworks)仍是全自主系统临床转化的关键瓶颈。微型机器人(micro-robots)在血管内导航(intravascular navigation)的活体实验(in vivo testing)也需进一步验证生物相容性(biocompatibility)。

(注:全文严格基于原文内容缩编,未添加非文献支持信息)

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