有“手眼脑”的手术机器人如何研发？国家技术发明奖获奖人解答

新京报快讯（记者 张璐）国家科学技术奖励大会11月3日举行，天津大学“腹腔微创手术机器人与器械关键技术及应用”获得国家技术发明奖二等奖。手术机器人有何优势？研发上突破了哪些难题？对此，天津大学机械工程学院副教授李进华接受新京报记者采访。

20年前就开始探索手术机器人基础原理

手术机器人是先进医疗装备的典型代表，是机械工程领域前沿研究热点和难点之一。李进华说，天津大学团队研发的“妙手”腹腔微创手术机器人，是国内首个获得产品注册证的腹腔微创手术机器人，具有完全自主知识产权，可延伸医生的手术能力，并实现了远程手术示范应用。

“近几年，国内渐渐认识到微创手术机器人的价值，但早在2000年，团队负责人就已经开始了微创手术机器人基础原理的探索工作。”回顾研发历程时，李进华称，团队在2010年完成了国内第一台微创机器人的样机，2014年进行了国内首例临床试验，2018年完成了国内首个多学科的临床实验。作为医生的帮手，该机器人在2018年便完成了肺癌根治、胃癌根治、肝癌根治、肾部分切除、胰体尾切除、超低位直肠癌根治、子宫切除等复杂手术。

缩放医生动作，实现精准操作

以往手术在腹部开刀，给患者带来一定的心理压力。微创手术在肚子上打几个小孔，细长的手术器械通过小孔深入腹部完成手术，小切口完成大手术，患者出血少，创伤小、恢复快、不仅术后疤痕少，感染率也大大降低。

“医生手持手术器械操作时，手术器械是一根细长杆儿带着一个镊子，由于手术器械末端没有关节，操作起来不灵活。腹部切口相当于一个支点，医生需要反向操作，往上动时手得往下走，所以培训周期特别长。”李进华说，手术机器人克服了这些缺点，通过控制系统还原了医生的手部动作。

同时，手术机器人可以实现比例缩放，例如做心脏手术等特别精细的手术时，机器人可以把人手的动作缩放，比如医生通过手柄操作动了10厘米，患者体内的机器臂只动了1厘米，以此提升手术操作的精准性。

疫情期间助力医生异地完成手术

像人类一样，微创手术机器人也有“手”、“眼”和“脑”。机器人的“手”可以灵活操作患者腹内的手术器械，“眼”是高清立体内窥镜，可以让医生恢复深度感觉。“脑”是控制系统，能够精准模拟医生手部动作，把医生的意图反映出来。

“手”、“眼”和“脑”在研发上各具难点。为了让“多自由度微创手术器械”灵活模拟人手动作，团队在器械末端增加了很多关节，手术器械结构变复杂了，但其尺度仍然受限，需要通过患者腹部小孔深入，通常仅有8-10毫米。另外，手术器械在做部分手术时需要输出足够大的操作力。“体积小、结构复杂，还要有很大的操作力，这本身就是相互矛盾的。我们研究了很多年，最终利用丝传动技术，突破了这一难题。”

李进华称，“内窥镜”也要通过腹部小孔进入患者体内，团队研发了双目内窥镜，模拟人眼成像原理，使医生视野清晰，看到的景象呈现立体效果。“我们在内窥镜有限的体积里放了两个光路，为避免视觉疲劳，需要保证两个光路的一致性。”

近两年受疫情影响，很多患者不方便异地就医，此时手术机器人也派上了用场。今年，“妙手”手术机器人已经完成了50例远程手术。“手术机器人有快速反应能力和实时稳定通讯功能，在低延时的5G网络支持下，医生可以通过观看异地画面操作手柄，对手术器械进行精确控制。”

新京报记者 张璐

编辑 刘梦婕 校对 赵琳

（董云龙 ）