电刺激改善机器人辅助手术

手套上的刺激电极传递距离信息，使用户可以用适量的力触摸测试对象。

资料来源：德克萨斯农工大学工程学院

稳定的手和不间断的，敏锐的视力至关重要手术在诸如大脑或稀薄的血管等细腻的结构上。尽管手术摄像头改善了外科医生在手术过程中看到的东西，但“稳定的手”仍然有待增强 - 新的手术技术，包括复杂的外科医生引导的机器人手，无法防止在接近脆弱组织附近操作时意外伤害。

在一项新的研究中，德克萨斯A＆M大学的研究人员表明，通过向指尖传递小但可感知的电流嗡嗡声，可以使用户准确地了解距离接触的距离。这种洞察力使用户能够精确地控制其机器人手指，以便轻轻地降落在脆弱的表面上。

研究人员说，这项技术可能是帮助外科医生在机器人辅助手术程序中减少无意伤害的有效方法。“机器人手指的挑战之一是确保可以精确地控制它们，以轻轻地降落在生物学上组织”电气和计算机工程系助理教授Hangue Park说。“借助我们的设计，外科医生将能够直观地了解其机器人手指离接触的距离，然后他们可以使用适量的力来触摸脆弱的结构。”

机器人辅助手术系统，也称为远程动物手术系统，是外科医生的物理扩展。通过用自己的手指运动控制机器人手指，外科医生可以远程执行复杂的手术，从而扩大他们可以提供医疗护理的患者数量。同样，机器人手指的尺寸很小，意味着可以通过小得多的切口进行手术，因为外科医生在手术过程中不需要大量切割就可以容纳患者体内的手。

为了精确地移动机器人的手指，外科医生依靠来自远程动态臂上的相机的现场视觉信息流。因此，他们查看监视器，将手指运动与远程动物手指的运动相匹配。这样，他们就知道机器人的手指在太空中的位置以及这些手指彼此之间的距离有多近。

但是，Park指出，仅视觉信息还不足以指导精细的手指运动，这在手指处于大脑或其他细腻的组织附近时至关重要。帕克说：“外科医生只能知道他们的实际手指彼此间接的距离，也就是说，通过查看其机器人手指在显示器上相对的位置，”“这种回旋处的视图减少了他们对实际手指彼此相距多远的感觉，这会影响他们控制机器人手指的方式。”

为了解决这个问题，Park和他的团队提出了另一种方式来提供独立于视觉反馈的距离信息。通过通过装有刺激探针的手套将电流的不同频率传递到指尖上，研究人员能够训练用户将电流脉冲的频率与距离相关联，即增加电流频率表明与测试对象的关闭距离。然后，如果接受电流刺激以及有关监视器上关闭距离的视觉信息的视觉信息比单独收到视觉信息的用户在估计接近度方面的效果更好。

Park和他的团队还根据用户对电流频率的敏感性来量身定制技术。换句话说，如果用户对当前频率的范围更广泛，则以较小的步骤提供距离信息，以增加电流，以最大程度地提高接近度估计的准确性。

研究人员发现，接收电脉冲的用户更加意识到靠近基础表面的距离，并且可以将接触力降低约70％左右，表现要比其他组好得多。总体而言，他们观察到，通过轻度电脉冲传递的接近性信息比单独的视觉信息的效率高三倍。

帕克说，他们的新方法有可能在手术期间显着提高可操纵性，同时最大程度地减少意外组织损害的风险。他还说，他们的技术在手术过程中几乎没有增加外科医生的心理负荷。他说：“我们的目标是提出一个解决方案，该解决方案将提高接近性估计的准确性，而不会增加此任务所需的积极思考负担。”“当我们的技术准备在手术环境中使用时，医生将能够直观地知道其机器人手指距离基础结构有多远，这意味着他们可以积极专注于优化患者的手术结果。”