作者:
Joseph Ka-Chun Siu, PhD - HPER Biomechanics Laboratory, University of Nebraska at Omaha
Dmitry Oleynikov MD - University of Nebraska Medical Center
Nick Stergiou PhD - University of Nebraska at Omaha
行业:
科研, 大学/教育, 医学/ 医疗器械, 生命科学
科研, 大学/教育, 医学/ 医疗器械, 生命科学
产品:
LabVIEW, USB-6009
LabVIEW, USB-6009
挑战:
训练医生使用达文西外科手术系统 (da Vinci Surgical System, dVSS) 进行机器手臂辅助式腹腔镜检查。
训练医生使用达文西外科手术系统 (da Vinci Surgical System, dVSS) 进行机器手臂辅助式腹腔镜检查。
解决方案:
使用 NI LabVIEW 开发平台，确保医科学生与新手医师能使用正确的动作进行机器手臂辅助式腹腔镜检查，以保障病患的安全。
使用 NI LabVIEW 开发平台，确保医科学生与新手医师能使用正确的动作进行机器手臂辅助式腹腔镜检查，以保障病患的安全。
"NI提供的各式训练课程，让原本就容易操作的 LabVIEW 平台更能轻松上手，这点是其他的解决方案无法提供的。"
腹腔镜检查是 1 种使用长型仪器插入小切口的低侵入性手术。跟传统的剖腹手术相比，腹腔镜检查彻底颠覆了腹部病变的治疗方式，因为其恢复期较短、疼痛较少，而且沾黏减少，让术后的生活质量大为提高。然而，徒手进行腹腔镜检查也有几项限制，包含缺乏判别距离的能力、镜头控制不当、仪器头部的自由度受限，而且手部与仪器的动作是颠倒的。这些限制会导致不自然且费力的手术姿势，而产生手术疲劳。
使用 Intuitive Surgical, Inc. 公司的 dVSS 进行的机器手臂辅助手术，让医生克服了徒手腹腔镜检查的某些限制。进行机器手臂辅助式腹腔镜检查时，医师坐在操纵台，透过手术机器人遥控内视镜仪器。3D 视觉仿真能判断距离，手腕式的仪器接合能减少震动、比例运动 (scaled motion) ，并增加动作范围，以提高医师的灵敏度。跟徒手腹腔镜检查相比，使用机器系统可以让手部与仪器的动作一致，减少腹腔镜医师的训练时间。目前dVSS 已经通过美国食品及药物管理局的核准，可用于胃肠、胸廓、泌尿、妇科与心脏手术。
训练医师操作使用 LabVIEW的dVSS
虽然机器手臂辅助手术蔚为风行，但是训练计划的发展仍然有限，而建立 1 项机器手臂辅助手术的训练计划便能满足此需求。我们认为机器技术的学习应该纳入医学院的课程。在奥马哈市内布拉斯加大学 HPER 生物力学实验室的内布拉斯加生物力学核心实验室中，我们与该校医疗中心的机器人手术实验室合作，开发 1 项机器人手术训练计划，供新手医师学习使用这门先进的技术。
我们使用 LabVIEW 软件，开发了 2 座训练平台。第一座平台是用来监控并记录医师在训练计划中的表现，以确保手术的过程正确无误。以 LabVIEW 为架构的训练平台也会产生实时视觉回馈，让学员清楚他们在训练任务或活体组织上施展了多少力气。这种视觉回馈能协助学员在手术时减少对组织的伤害。我们也使用 LabVIEW 在虚拟现实中创造适合训练的工作环境。而第二座训练平台则给予我们进行调查所需的弹性，透过以太网络在虚拟仿真装置中收集数据并调整训练任务。虚拟机人手术训练可以让多名医师同时受训，并提供问题导向训练计划，供新手医师学习机器人辅助手术。
我们透过 TCP/IP 連結 dVSS，以取得机器人手术系统的所有数据。我们也使用 NI USB-6009 数据撷取卡来链接肌电系统与电子量角器，以取得生理量测数据，如医师的肌肉活化与关节角度等。
我们之所以使用 LabVIEW 软件与 NI 数据撷取硬件进行图形化系统设计，有几个原因： NI 提供的各式训练课程，让原本就容易操作的 LabVIEW 平台更能轻松上手，这点是其他的解决方案无法提供的；虽然我们 2 位开发平台的工程师已经很熟悉 LabVIEW 的程序编写，但是他们更能藉由参加奥玛哈市与林肯市举办的训练研讨会，进一步提升技术并缩短开发时间；此外，因为透过软件定义的硬件采用模块式结构，所以我们能够持续改进训练系统。
有了这套系统，研究人员与医疗人员就能客观评估在参加机器人手术训练计划之后，手术的熟练度提高了多少。并因此减少手术疲劳并降低腹腔镜手术时的组织受损，这项应用可以协助训练医师，让医师与病人同时受惠。
作者信息:
Joseph Ka-Chun Siu, PhD
HPER Biomechanics Laboratory, University of Nebraska at Omaha
6001 Dodge St.
Omaha, NE 68182-0216
美国
Tel: 402-554-3773
Fax: 402-554-3693
ksiu@mail.unomaha.edu
Joseph Ka-Chun Siu, PhD
HPER Biomechanics Laboratory, University of Nebraska at Omaha
6001 Dodge St.
Omaha, NE 68182-0216
美国
Tel: 402-554-3773
Fax: 402-554-3693
ksiu@mail.unomaha.edu
