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                    得克薩斯州A&M研究人員幫助機器人手臂穩定地進行手術

                    時間:2020-05-11 來源:機器人在線 閱讀:5098

                    在對大腦或毛細血管等精細脆弱結構做手術時,穩定的手部控制力和不間斷的清晰視線是非常重要的。雖然外科手術攝像機已經改善了外科醫生在手術過程中所看到的東西,但 "穩定的手 "仍有待加強,一些手術技術,包括復雜的外科醫生引導的機器人機械手,在靠近精細組織進行手術時,無法避免意外傷害。



                    近期發表在《Scientific Reports》雜志上的一項新研究中,美國德克薩斯農工大學的研究人員表示,通過向指尖傳遞微小但可感知的嗡嗡聲電流,可以讓用戶準確感知到接觸的距離。這種方式使用戶能夠精確地控制他們的機器人手指實現無意外傷害的準確操作。研究人員認為,這項技術可能是幫助外科醫生在機器人輔助手術過程中減少意外傷害的有效方法。


                    "機器人手指所面臨的挑戰之一是確保能夠精確地控制它們,使其足夠柔和地接觸到生物組織上,"電子和計算機工程系助理教授Hangue Park說。"有了我們的設計,外科醫生將能夠直觀地感知到他們的機器人手指離生物組織的距離有多遠,然后他們可以利用這些信息,用恰到好處的力道去觸摸精細又脆弱的組織。"


                    機器人輔助手術系統,是外科醫生的物理延伸。通過控制機器人手指的運動,外科醫生可以通過自己的手指運動來控制機器人的手指,遠程執行復雜的手術,從而擴大了外科醫生可以為患者提供醫療服務的范圍。此外,機器人手指的體積很小,意味著手術的切口可以更小,因為外科醫生在手術過程中不需要在病人的身體上做大的切口。


                    為了精確地移動機器人手指,外科醫生依靠安裝在機器人手臂上的攝像頭提供的實時視覺信息。因此,他們通過監控器,將自己的手指動作與機器人手指的動作進行匹配。通過這種方式,他們知道他們的機器人手指在空間中的位置,以及這些手指之間的距離有多近。


                    然而,Park指出,僅靠視覺信息還不足以指導手指的精細動作,當手指靠近大腦或其他脆弱組織時,這一點至關重要。


                    "外科醫生只能間接地知道他們的實際手指之間的距離有多遠,也就是說,通過在監視器上看他們的機器人手指相對于彼此的位置,"Park說。"這種間接的觀察會降低他們對實際手指之間的距離感,從而影響到他們控制機器人手指的方式。"


                    為了解決這個問題,Park和他的團隊想出了一種獨立于視覺反饋的方式來傳遞距離信息。將不同頻率的電流通過裝有刺激探針的手套傳遞到指尖,研究人員就能夠訓練用戶將電流脈沖的頻率與距離聯系起來,也就是說,電流頻率的增加表示與測試物體的接近距離。然后,他們比較了接受電流刺激的用戶是否比那些只接受視覺信息的用戶在估算距離時效果更好。


                    Park和他的團隊還根據用戶對電流頻率的敏感度,對他們的技術進行了調整。換句話說,如果用戶對電流頻率的敏感度較高,那么在傳遞距離信息的時候,就會以較小的電流遞增步數來傳遞距離信息,以最大限度地提高距離估計的準確性。


                    研究人員發現,接受電脈沖的用戶對底層表面的接近度有更強的感知能力,可以降低70%左右的接觸力,表現遠優于另一組。總的來說,他們觀察到,通過溫和的電脈沖傳遞的接近信息比單純的視覺信息要有效約三倍。


                    Park說,他們的新方法有可能在手術過程中顯著提高可操作性,同時最大限度地減少意外組織損傷的風險。他還表示,他們的技術在手術過程中幾乎不會增加外科醫生現有的心理負擔。


                    "我們的目標是想出一種能夠提高距離判斷準確性的解決方案,而不增加這項任務所需的主動思考的負擔,"他說。"當我們的技術在手術環境中使用后,醫生將能夠直觀地知道他們的機器人手指離目標結構還有多遠,這意味著他們可以只專注于如何提高手術效果。"

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