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手术机器人如何再升级？——力觉感知成为下一技术基点

发布时间：

2025-01-14 17:00

来源：

华力创科学

2024年8月，工业和信息化部发布了国家重点研发计划‘智能机器人’等16个重点专项的2024年度项目申报指南，其中第2.2项针对手术机器人力感知与力反馈技术（共性关键技术类）提出了‘针对手术机器人缺乏精准力感知与交互的难题，研究主从软组织操作机器人高分辨检测力传感器’等具体要求。

自2024年初直觉外科推出具有力感知反馈功能的第五代达芬奇手术机器人（‘da Vinci 5’）以来，手术机器人领域进入了下一个革新阶段。据沙利文数据分析，2022年，全球手术机器人总体市场规模已达131.8亿美元，2018-2022年的复合年增长率为22.5%。预计全球手术机器人市场规模将持续增长，到2026年和2030年将分别达到328.0亿美元和631.2亿美元，其中2022-2026年的复合年增长率为25.6%，2026-2030年的复合年增长率为17.8%。

面对庞大的市场与日新月异的技术革新浪潮，国产手术机器人如何在时代变迁中稳固其地位？工业和信息化部的相关文件为我们指明了方向，中国亦需自主研发具备精准力感知功能的手术机器人。那么，力反馈在手术机器人的工作中究竟发挥着怎样的作用？我们可以参考Hung Andrew于12月发表的研究文献《Novel force feedback technology improves suturing inroboticassisted surgery: a preclinical study》。该文献得出结论：在机器人辅助手术（RAS）过程中，使用支持力反馈（FFB）的器械的新手外科医生能够以更小的力度、更少的错误、更短的时间以及更少的组织创伤完成缝合任务。

研究者将29名新手外科医生随机分配至两组，每组均使用新一代达芬奇手术系统（da Vinci 5）进行缝合练习操作。具体而言，每位外科医生均完成了7次缝合练习，此过程重复4次，因此每位医生共计进行了28次缝合操作。在实验组（n=15）中，力反馈装置（FBB）被设置为中等强度；而在对照组（n=14）中，力反馈功能则被关闭。研究者对实验过程中施加的平均力、错误技术出现情况、技术技能评估（即熟练度）、手术时间以及新手医生在手术室中的心理负荷进行了详细的统计与数据记录。下图为7次试验的具体操作内容：

本实验采用了干模型与离体猪组织模型作为研究对象。具体而言，上图所示的训练1至3是在Kotobuki的干模型上进行的；训练4和5则是在Foam材质的干模型上完成的；而训练6和7则是在离体猪组织模型上进行的。以下是实验数据的统计分析结果（其中，* = p < 0.05; ** = p < 0.01; *** = p < 0.001）。

图A展示了外科医生在7次练习中对组织施加的总体平均力；图B则呈现了外科医生在单次练习中施加的平均力情况。通过对比分析可知，采用力反馈装置（FBB）组别的外科医生，相较于未采用力反馈装置（非FBB）组别的外科医生，在手术过程中施加的力更小。这一差异将有助于减小手术过程中对组织产生的创伤面。

图A统计了采用力反馈装置（FFB）与未采用力反馈装置（非FFB）的两组外科医生完成缝合任务的总体手术时间；图B则统计了每组外科医生在每次练习中完成缝合任务所需的总时间。通过用时统计结果可以看出，采用力反馈装置（FFB）组别的外科医生，在手术总用时以及每次缝合用时上，均较未采用力反馈装置（非FFB）组别的外科医生要少。更少的用时意味着患者的痛苦与风险将减少，医生的疲劳程度将降低，手术的安全性也将得到提升。

图A展示了缝合任务的平均错误计数情况；图B则呈现了每次练习中执行缝合任务时所观察到的平均错误计数数据。通过对比分析可知，除第4次试验外，采用力反馈装置（FBB）组的缝合任务平均错误计数均低于未采用力反馈装置（非FBB）组。

图A展示了两组技术技能分数（RACE）的对比情况。通过细致分析，可发现在钢针定位、针刺组织创伤、打结等具体操作项目的评分中，两组虽存在一定差异，但差距并不显著。然而，值得注意的是，采用力反馈装置（FBB）的组别表现相对更为优异。

图B则呈现了新手外科医生在心理需求方面的评级情况。数据显示，在使用力反馈技术后，随着手术次数的增加，新手外科医生的精神负荷呈现出更为明显的降低趋势。这一结果表明，力反馈技术可能有助于减轻初次接触手术机器人辅助手术的外科医生所承担的任务负担。

根据上述实验数据分析，新手外科医生在运用力反馈技术执行缝合任务时，对组织施加的力度相对较小。同时，该技术显著降低了缝合过程中的错误率，从而有效减少了组织创伤的发生。此外，力反馈技术的应用还使得操作时间得到了显著改善。这一变化不仅对患者而言是极为有利的，对于外科医生而言同样具有积极意义，因为长时间进行手术对医生的体力是一项严峻的考验。

目前，关于达芬奇5代手术机器人所使用的力反馈技术供应商尚未明确，然而，国内已有相关企业开始布局相关技术领域。面对广阔无垠的市场蓝海与日新月异的技术浪潮，国产先进传感品牌挺身而出，勇立潮头，积极响应国家政策的号召，投身于医疗科技的革新之中。在手术机器人领域，精准力感知与交互的缺失一直是制约技术发展的瓶颈。为了打破这一困境，国产先进传感品牌不遗余力，投入大量研发力量，历经无数次的试验与优化，终于成功研发出了国产手术机器人高分辨检测力传感器。

华力创科学，作为深圳的一家专注于力传感技术的企业，通过其产品手册可以窥见，该公司已率先着手研发尖端的医疗器械力觉感知解决方案。针对医疗器械的末端，华力创科学已成功推出了微型六维力感知解决方案。下图为他们针对医疗器械开发的高性能医疗器械力感知解决方案：