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澳大利亚年轻研究员的迷你手术机器人

澳大利亚机器人视觉中心创建的“世界首创”尖端机器人研究项目旨在创建定制的微型手术机器人,是年轻研究人员Andrew Razjigaev的心血结晶。

23岁的Razjigaev在该中心的医疗和医疗保健机器人集团的支持下,正在采取该中心所描述的“外科SnakeBot设计中的一次巨大飞跃”。

新计划取代了单个机器人,设想了多个连接到RAVEN II手术机器人研究平台的蛇形机器人,这些机器人共同努力改善患者的治疗效果。

由于在2021年初完成了他的博士研究项目,Razjigaev于2017年毕业于QUT的机电一体化工程师,并自2016年起成为该中心医疗和医疗机器人组的一员。

“机器人技术就是以某种方式帮助人们,而我最为兴奋的是,这个项目可能会改善健康状况,减少并发症,加快患者康复速度,”Razjigaev说。

“这才是真正推动我研究的因素 - 能够帮助人们并带来积极的变化。膝关节镜检查是世界上最常见的整形外科手术之一,每年有大约400万个手术,所以这个项目可能会产生巨大影响。“

Razjigaev说,他希望他的工作将导致新手术工具的现实发展。

“外科医生希望尽其所能,面对很多挑战,”他说。

“我们的目标是为外科医生提供新工具,以便能够更有效,更安全地进行现有手术,如膝关节镜检查,并且可能进行手术,这种手术对于使用当今的工具来说太难以尝试。

“在我的工作中使用进化也是非常酷的!毫无疑问,我们正在目睹这个古老的过程 - 唯一的区别是它发生在计算机内而不是自然中。“

昆士兰科技大学医疗保健机器人集团领导,中心首席研究员Jonathan Roberts和副研究员Ross Crawford(也是一名整形外科医生)表示,半自动手术系统可能以前所未有的方式彻底改变锁孔手术。

克劳福德教授强调,机器人系统的目标 - 预计将结合手术双臂远程操作和基于自主视觉的控制 - 旨在帮助而不是取代外科医生,最终改善患者的治疗效果。

“目前,尽管患者及其解剖结构可能存在显着差异,但外科医生仍然使用最佳描述为'一刀切'的工具进行膝关节镜手术,”他说。

克劳福德教授说,正在探索的手术系统有可能大大超过目前最先进的手术工具的能力。

“该研究项目旨在将蛇形机器人设计为小型化和高度灵巧的手术工具,具有计算机视觉功能,能够在狭窄空间(例如人体解剖学)中绕过障碍物。

“灵巧非常重要,因为机器人不仅需要到达手术部位,而且还需要通过远程操作执行复杂的外科手术。”

Roberts教授表示,该研究项目是针对膝关节镜检查的外科机器人世界首创,如果没有澳大利亚机器人视觉中心研究人员的多学科专业知识,这项研究项目将无法实现。

“这个项目最激动人心的事情之一就是它将机器人社区的许多想法融合在一起,形成了解决现实问题的实用解决方案。

“该项目一直在快速进行,主要是由于安德鲁的辛勤工作和光彩,由具有机械工程,机电一体化,航空航天,医学,生物学,物理和化学背景的顾问团队提供支持。”

以下是研究人员如何解释他们所谓的“SnakeBot Evolution 101”:

该过程从扫描患者的膝盖开始。在医生的监督下,计算机将SnakeBots的区域分类到膝盖(绿色区域)和要避开的区域(红色区域)。

由此产生的几何结构为SnakeBots提供了一个3D环境,可以在模拟演化中进行竞争。它可以对许多标准SnakeBot设计进行测试,并根据它们的表现进行评分 - 即它们在患者膝盖内的位置进行操作的程度。测试中的黑线显示了SnakeBot在这些站点上操作的一些轨迹。

进化计算设计算法开始,不断创建SnakeBots的新生成,重新测试并杀死较弱的变体,直到一个幸存,与个体患者的解剖结构唯一匹配。可以安全地以更灵巧的方式到达目标的SnakeBot赢得了进化之战并声称最佳设计。

最佳的SnakeBots生成3D模型,可作为每个患者独有的低成本一次性手术工具进行3D打印。

他们现在准备好进行手术了!微型SnakeBots连接到一个更大的桌面机器人平台(如RAVEN II),可以将它们放入手术切口部位。

预计两个SnakeBots在其尖端配备有手术器械,以使外科医生能够执行双臂远程手术。

多机器人系统中的第三个SnakeBot将在其尖端安装摄像头。机器人视觉系统将使用该摄像系统来映射患者的体腔,以便机器人可以朝向感兴趣的区域转向并远离应该避免的微妙区域。它将同时跟踪两个手臂和手术区域,作为外科医生的眼睛。

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