外科医生终结者---下一代智能外科手术机器人

2010-08-02 16:39:23来源: 创e时代 关键字:3D  外科机器人  超声换能器

  随着大部分的大医院常规地采用有医师指导的机器人对病人进行手术,下一代机器人可以从该方案省去一个令人惊讶的元素---医生。

  美国杜克大学的生物工程师们进行的可行性研究已经表明:有没有任何人类协助的情况下——机器人可以在模拟人体器官中找到一个人为的或虚构的病变组织,然后引导设备到病灶,并在同一时期内进行多重抽样。研究人员相信,随着技术的进一步发展,自主机器人有一天将可以完成很多简单的外科手术。

  “今年早些时候,我们证明了一个由人工智能控制的机器人能以极高的重复性和准确性自己在模拟乳房组织中找到仿真的钙化和囊肿,”Stephen Smith实验室的前研究员Kaicheng Liang(同时也是杜克大学普拉特(Pratt)工程学院的超声换能器研究小组的主管兼该研究团队的高级成员)表示。 “现在,我们已经证明该机器人可以对模拟人类前列腺组织的多达8个不同的点进行采样。”

  杜克大学的研究成果发表在最近一期的《超声影像》杂志上。一篇较早的研究报告发表在《医学和生物学超声》杂志1月刊上,讲述了杜克大学研究小组模拟乳房组织的结果。在这两个实验中,实验使用了整份火鸡胸脯。生的火鸡胸脯常被用于医学研究,因为它与人类组织的质地和密度类似,在用超声波扫描时看起来是相似的。

  杜克大学研究小组将一个现有的“souped-up”版本的机器人手臂与自己设计的超声系统结合起来。将超声系统用作机器人的“眼睛”,收集其扫描到的数据并对目标进行定位。该机器人不是由医生来“控制”,而是由一个人工智能程序来控制,后者采集实时三维信息,然后对信息进行处理,并给向机器人发出执行特定的命令。该机器人臂有一个机械“手”,这个机械手可以熟练操作人类医师用于达到病区并采取样品的活检活塞装置。

  在最新的一系列实验中,机器人将活塞装置引导到模拟前列腺组织的8个不同的位置点,有93%是它自己的决定。这很重要,因为多个样品也可以测定任何病变的范围,Smith表示。

  Smith认为,常规的医疗程序,如身体其它组织的活组织检查(活检),在未来仅需要极少的人类指导就可以完成,为病人提供了很大的方便和降低了检查成本。

  一个有待克服的重要挑战是数据采集和处理的速度,尽管研究人员信心满满地认为速度更快的处理器和更好的算法将解决这个问题。要在实现临床中发挥作用,外科手术机器人的所有的动作都必须是实时的,研究人员表示。

  “本系统的优点之一是:所有的硬件部件都已经在市场有销售了”,Smith表示, “我们相信,这初步表明,只要做一些修改而不用从头开发一项新技术就能开发出这样的系统。”

  超声技术的进步---能实时生成详尽的、三维的、动态的图像,使得这些最新的实验成为可能,研究人员表示。杜克大学研究小组长期致力于将传统的2-D超声——例如,那些用于对子宫内的婴儿拍照的2D超声技术——改进成更先进的3D扫描。杜克大学实验室于1991年发明了这项技术。

  “我们现在使用一个固定在检查台上的人体模型对机器人进行测试,这个人体模型的乳房被装在一个硬质的胸罩中”, Smith表示。 “这个人体模型的乳房用火鸡肉做成,我们在其中嵌入了一颗葡萄来模拟病变的乳腺组织。我们的下一个步骤是将测试转移到一个切除的人体乳房。”

  史密斯实验室所进行的研究得到了美国国立卫生研究院的支持。该小组的其它成员是来自杜克大学的Edward Light和A.J. Roberts和来自辛辛那提儿童医院医学中心的Daniel von。

 

关键字:3D  外科机器人  超声换能器

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/medical_electronics/2010/0802/article_1382.html
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