活結(jié)智能縫線彌補(bǔ)機(jī)器人手術(shù)“力盲”缺陷
點擊播報本文,約
科技日報訊 (記者江耘)記者從浙江大學(xué)獲悉,中國科學(xué)院院士、浙江大學(xué)航空航天學(xué)院交叉力學(xué)中心主任楊衛(wèi)團(tuán)隊和中國科學(xué)院院士、浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬邵逸夫醫(yī)院院長蔡秀軍團(tuán)隊,歷時3年交叉研究,闡明了“基于活結(jié)的力學(xué)傳導(dǎo)機(jī)制”,并創(chuàng)新性研發(fā)出“活結(jié)智能縫線(Sliputure)”,成功將其應(yīng)用于外科縫合,彌補(bǔ)了機(jī)器人手術(shù)“力盲”缺陷。該研究成果日前以封面文章的形式發(fā)表于國際期刊《自然》。
外科手術(shù)中閉合組織時需要縫合打結(jié),但“外科結(jié)”普遍是死結(jié),一旦打牢很難調(diào)整,非常依賴醫(yī)生的精巧施力。文章通訊作者、浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬邵逸夫醫(yī)院醫(yī)師陳鳴宇介紹,在傳統(tǒng)開放手術(shù)中,醫(yī)生的雙手能直接感知組織軟硬,精準(zhǔn)掌控縫合力度,但代價是患者創(chuàng)傷大、恢復(fù)慢,而機(jī)器人微創(chuàng)手術(shù)雖能使手術(shù)過程獲得高清視野和強(qiáng)穩(wěn)定性,但醫(yī)生直接的力反饋大大減弱,容易在手術(shù)臺上陷入“力盲”困境。
研究團(tuán)隊提出“以活結(jié)控死結(jié)”來解決這一痛點。文章通訊作者、浙江大學(xué)航空航天學(xué)院交叉力學(xué)中心研究員楊栩旭說:“當(dāng)醫(yī)生拉緊縫線時,活結(jié)的結(jié)點被解開瞬間所產(chǎn)生的一個預(yù)設(shè)好的精準(zhǔn)峰值力,會通過這根縫線實時傳送給另一頭的死結(jié)。活結(jié)打開就是告訴醫(yī)生‘力度已到位,死結(jié)請鎖定’?!?/p>
此項技術(shù)應(yīng)用的技術(shù)難點在于如何確保每一個活結(jié)都能穩(wěn)定在預(yù)設(shè)的、唯一的、精準(zhǔn)的力度下打開。對此,團(tuán)隊通過高速攝像和Micro-CT捕捉活結(jié)細(xì)微的滑動軌跡,通過力學(xué)建模、有限元仿真等手段發(fā)現(xiàn),活結(jié)打開力與縫線編活結(jié)時拉緊結(jié)點的預(yù)緊力、結(jié)環(huán)數(shù)量、直徑等因素相關(guān)。實驗顯示,針對特定的活結(jié),解開它們最后那一瞬間的峰值力高度一致。
歷經(jīng)上千次設(shè)計迭代,團(tuán)隊完成了“基于活結(jié)的力學(xué)傳導(dǎo)機(jī)制”的程序,并最終成功將這一力學(xué)“密碼”穩(wěn)定地“編織”進(jìn)外科縫線中,研發(fā)出Sliputure。
文章通訊作者、浙江大學(xué)航空航天學(xué)院交叉力學(xué)中心教授李鐵風(fēng)說,Sliputure將力學(xué)智能融入外科縫線,其核心在于給活結(jié)預(yù)設(shè)的打開力,剛好等于縫合某一組織時適宜打死結(jié)的力。機(jī)械臂搭載的自動識別與反饋系統(tǒng)檢測到活結(jié)打開信號,會立即停止打“外科結(jié)”的動作,實現(xiàn)“感知—反饋—制動”的閉環(huán)控制。
多次實驗結(jié)果顯示,Sliputure讓術(shù)后臟器血供與組織的愈合程度得到改善?!癝liputure不僅能在開放手術(shù)中使用,也能適配腹腔鏡手術(shù)和機(jī)器人手術(shù)。”李鐵風(fēng)說。
222
