机器人消化内镜系统的研制及机械模型与活体动物实验研究(含视频)

目的研制机器人消化内镜系统(robotic digestive endoscope system,RDES),验证其可行性、安全性及操控性能。方法基于主从控制系统设计RDES,包含3部分:整合内镜主体包括内镜和与之整合的内镜旋钮/按钮控制系统;机械臂系统包括基座、机械臂及连接在其上的内镜进退操控装置(有力反馈)和内镜轴向旋转操控装置;操控台包括内镜控制主手和图像显示器。操作者坐在远离检查台的操控台前,操控主手实现内镜头端弯曲、镜身进退及旋转,并通过主手上的按钮实现送气、送水、吸引、定图以及运动比切换功能。(1)活体猪胃镜检查实验:初学组、高级组医师各5名,每人分别操控RDES及普通内镜(间隔2周)行活体猪胃镜检查6次,比较检查时间。(2)仿真胃模型内壁画圆实验:初学组、高级组医师各5名,每人分别操控RDES1:1、RDES5:1模式和普通内镜完成画圆实验各6次,比较3种方式完成时间、准确度(即轨迹偏差)和工作量。结果RDES运行良好,力反馈良好。活体猪胃镜检查实验中,胃镜检查均顺利完成,无黏膜损伤及出血、穿孔。初学组和高级组医师操控RDES的检查时间均随操控例次增加呈下降趋势,但操控RDES的下降值大于操控普通内镜(初学组P=0.033;高级组P=0.023)。仿真胃模型内壁画圆实验中,初学组医师操控RDES1:1、5:1模式完成内镜下画圆时间均短于普通内镜[1.68(1.40,2.17)min、1.73(1.47,2.37)min比4.13(2.27,5.16)min,H=32.506,P<0.001],轨迹偏差均优于普通内镜[(0.50±0.11)mm、(0.46±0.11)mm比(0.82±0.26)mm,F=38.999,P<0.001],工作量均小于普通内镜[42.00(30.00,50.33)分、43.33(35.33,54.00)分比52.67(48.67,63.33)分,H=20.056,P<0.001);高级组医师操控RDES1:1、5:1模式完成时间均长于普通内镜[1.72(1.37,2.53)min、1.57(1.25,2.58)min比1.15(0.86,1.58)min,H=13.233,P=0.001],但轨迹偏差[0.47(0.13,0.57)mm、0.44(0.39,0.58)mm比0.52(0.42,0.59)mm,H=3.202,P=0.202]、工作量[(44.62±21.77)分、(41.24±12.57)分比(44.71±17.92)分,F=0.369,P=0.693]和普通内镜差异无统计学意义。结论RDES可实现远台操控,大大降低了工作强度;RDES可同时调控大小旋钮,使操控更灵活;RDES增加了运动比模式,使操控更精细;RDES易于初学者掌握,有望缩短医师培养周期;RDES为实现内镜远程操控和全自动消化内镜提供了可能。