【所屬領(lǐng)域】
醫(yī)療裝備
【痛點(diǎn)問題】
良性前列腺增生（BPH）是引起男性排尿障礙最常見的病因。其臨床表現(xiàn)為尿頻、尿急、急迫性尿失禁及排尿困難等，統(tǒng)稱為下尿路癥狀（LUTS）。國(guó)內(nèi)外多項(xiàng)流行病學(xué)研究證實(shí)，在50-65歲的男性中，BPH/LUTS 患病率約為15%-25%，70歲以上男性患病率高達(dá)30%-46%。我國(guó)每年約有30萬患者需要接受BPH 相關(guān)手術(shù)治療，伴隨著我國(guó)人口老齡化進(jìn)程，這個(gè)數(shù)字還在逐年上升。前列腺活檢穿刺指的是在經(jīng)直腸超聲照射引導(dǎo)下，醫(yī)生使用穿刺針經(jīng)會(huì)陰或直腸刺入前列腺獲取病理組織的過程，是獲取良性前列腺增生及其是否發(fā)生癌變病理結(jié)果的重要早期診斷手段。經(jīng)尿道前列腺電切術(shù)（TURP）是前列腺增生的主要治療手段，然而該手術(shù)在安全性、高效性和一致性上仍然存在不足，具體闡述如下：
現(xiàn)有手術(shù)方式安全性存在隱患。經(jīng)尿道前列腺電切術(shù)（TURP）是目前BPH常規(guī)手術(shù)治療方式，其通過經(jīng)尿道電切系統(tǒng)將前列腺增生組織粉碎成長(zhǎng)約1.0cm，寬約0.5cm的組織塊，再由10%甘露醇沖洗液沖出體外，最終使創(chuàng)面尿道化，排尿梗阻解除。隨著經(jīng)尿道手術(shù)器械的改進(jìn)及醫(yī)學(xué)激光技術(shù)的進(jìn)步，經(jīng)尿道激光前列腺切除（TULP）越來越多地應(yīng)用于臨床。TULP 是通過高功率激光作用于前列腺組織，將含有目標(biāo)色團(tuán)的腺體組織直接汽化的新型手術(shù)方式。相對(duì)TURP，TULP 有效減少了手術(shù)器械熱損傷及出血。但無論TURP 還是TULP 手術(shù)，一旦突破前列腺外科包膜這一手術(shù)安全邊界，則極易損傷前列腺周圍重要組織結(jié)構(gòu)，引起諸多并發(fā)癥，對(duì)患者造成巨大的生理、心理傷害，甚至危及生命。
現(xiàn)有手術(shù)方式手術(shù)效率相對(duì)較低。以最新的激光手術(shù)為例，低效主要有以下三個(gè)原因：①視覺引導(dǎo)手術(shù)需要術(shù)者花費(fèi)大量時(shí)間評(píng)估切除的實(shí)時(shí)位置、深度及長(zhǎng)度，以確定下一步手術(shù)操作；②各類激光都存在最佳汽化距離，一旦超過該距離則汽化效率急劇下降，人手的穩(wěn)定性不足以長(zhǎng)時(shí)間保持特定距離；③手術(shù)末期，術(shù)者會(huì)將激光功率調(diào)低，燒灼長(zhǎng)度減少以保護(hù)臨近的安全邊界。
現(xiàn)有手術(shù)方式手術(shù)一致性難以保證。外科醫(yī)生是 BPH手術(shù)成敗的關(guān)鍵，而我國(guó)不同地區(qū)，不同級(jí)別醫(yī)院醫(yī)療水平差異客觀存在，因此患者跨區(qū)域?qū)で髢?yōu)質(zhì)醫(yī)療服務(wù)的現(xiàn)象十分普遍，這與國(guó)家醫(yī)療保障的總體思路相悖。因此，通過更先進(jìn)的技術(shù)提高手術(shù)安全性、有效性及一致性，是醫(yī)療和科研工作者共同努力的方向。
【成果介紹】
穿刺活檢是醫(yī)療臨床最常用的病理檢測(cè)手段，通常醫(yī)生會(huì)使用一根細(xì)長(zhǎng)的穿刺針經(jīng)皮刺入病灶區(qū)域，通過穿刺針頭的勺型結(jié)構(gòu)將部分病灶組織取出并做進(jìn)一步的病理化驗(yàn)。穿刺活檢手術(shù)實(shí)施動(dòng)作較為簡(jiǎn)單，但是過程冗長(zhǎng)且繁復(fù)，醫(yī)生需要在有限的超聲圖像引導(dǎo)下，將穿刺針準(zhǔn)確地刺入復(fù)雜的器官環(huán)境內(nèi)的病灶目標(biāo)，并重復(fù)穿刺十余次。經(jīng)尿路的激光消融是治療前列腺增生的有效手段，在對(duì)患者進(jìn)行穿刺活檢的檢查后，醫(yī)生會(huì)使用經(jīng)尿道的激光手術(shù)器械，對(duì)增生的前列腺組織進(jìn)行切除。激光消融的過程類似于穿刺活檢，過程冗長(zhǎng)且繁復(fù)（長(zhǎng)達(dá)3-4小時(shí)），手術(shù)視野受限，繁雜的手術(shù)過程和較大的手術(shù)量增加了醫(yī)生的負(fù)擔(dān)。
為解決此類需求，本團(tuán)隊(duì)研發(fā)了一款雙機(jī)械臂協(xié)作自動(dòng)施行穿刺類手術(shù)的機(jī)器人系統(tǒng)。該系統(tǒng)從穿刺類手術(shù)的安全性、有效性和一致性需求出發(fā)，針對(duì)性攻克了超聲圖像自主手術(shù)導(dǎo)航技術(shù)、剛?cè)狁詈系倪B續(xù)機(jī)器人技術(shù)和超聲伺服手術(shù)器械實(shí)時(shí)追蹤技術(shù)，旨在使用機(jī)器人操作超聲儀器和穿刺器械完成穿刺活檢和激光消融手術(shù)，實(shí)現(xiàn)在充分保障手術(shù)安全的前提下，機(jī)器人自動(dòng)完成精確的手術(shù)穿刺和激光消融動(dòng)作。在手術(shù)過程中，醫(yī)生僅需對(duì)手術(shù)進(jìn)行決策和監(jiān)測(cè)，并可根據(jù)需要實(shí)時(shí)干預(yù)，縮短手術(shù)時(shí)間。該款機(jī)器人的研發(fā)，有望在減少醫(yī)生手術(shù)勞動(dòng)量的同時(shí)，保障手術(shù)的效率和質(zhì)量，解放醫(yī)生的雙手，助推醫(yī)療機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
圖1 成果展示
【技術(shù)指標(biāo)】
機(jī)器人自主穿刺精度<1mm
手術(shù)完成時(shí)間<30分鐘
【技術(shù)成熟度】
5級(jí)技術(shù)成熟度，已經(jīng)搭建完整的實(shí)驗(yàn)室樣機(jī)，并在相關(guān)環(huán)境下完成技術(shù)驗(yàn)證。
【所獲榮譽(yù)】
該成果參與多類比賽并獲獎(jiǎng)，如下所示：
序號(hào) |
比賽名稱 |
獎(jiǎng)項(xiàng) |
1 |
“光谷杯”第三屆中國(guó)研究生機(jī)器人創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽 |
國(guó)家級(jí)特等獎(jiǎng) |
2 |
湖北省第十四屆“挑戰(zhàn)杯·中國(guó)銀行”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽 |
省級(jí)特等獎(jiǎng) |
連續(xù)兩年參與世界大健康博覽會(huì)展示，如下所示：
2023年博覽會(huì)展示和所受報(bào)道
2022年博覽會(huì)展示
【應(yīng)用案例】
本項(xiàng)目所研發(fā)機(jī)器人自主手術(shù)醫(yī)療裝備可應(yīng)用于良性前列腺增生疾病的診斷和治療，已與華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)院、武漢聯(lián)影智融達(dá)成合作。本項(xiàng)目所研發(fā)醫(yī)療裝備能夠解決現(xiàn)有前列腺增生診斷和治療手術(shù)在安全性、高效性和一致性上的不足，機(jī)器人自主手術(shù)精度在1mm以內(nèi)，手術(shù)時(shí)間控制在30分鐘以內(nèi)。
【發(fā)展規(guī)劃】
本項(xiàng)目已經(jīng)完成實(shí)驗(yàn)室樣機(jī)的設(shè)計(jì)和搭建，已經(jīng)完成相關(guān)環(huán)境下的技術(shù)測(cè)試和驗(yàn)證，已經(jīng)部分完成模擬環(huán)境（動(dòng)物實(shí)驗(yàn)）下的系統(tǒng)演示。下一步將開展模擬環(huán)境（動(dòng)物實(shí)驗(yàn)）和真實(shí)環(huán)境（臨床實(shí)驗(yàn)）下的系統(tǒng)演示，提高本項(xiàng)目的技術(shù)成熟度。計(jì)劃開展項(xiàng)目的實(shí)際落地應(yīng)用，進(jìn)行項(xiàng)目的產(chǎn)品化設(shè)計(jì)及開發(fā)。
【知識(shí)產(chǎn)權(quán)】
該成果包括多項(xiàng)已授權(quán)中國(guó)發(fā)明專利。
【合作方式】
專利許可、專利轉(zhuǎn)讓、作價(jià)入股、技術(shù)開發(fā)、技術(shù)服務(wù)、面談等。
【聯(lián)系方式】
CG23043
