随着腔镜手术机器人在微创外科手术中的广泛应用，机器人技术逐渐延伸到消化内镜等柔性内镜手术领域。越来越多的研究表明，手术机器人同样可以提升柔性内镜手术的操作效率和安全性，优化学习曲线。但由于消化道管腔狭窄曲折，柔性消化内镜手术机器人的研发及设计难度相对更大。本文从载体长度、柔性和人体工程学等方面介绍柔性消化内镜手术机器人的研发特点，并对其未来的临床应用进行展望，以期助力柔性手术机器人在自然腔道微创手术中的应用。

目的:开发一种应用于经自然腔道内镜手术（NOTES）机器人柔性机械手的骨架结构，以满足NOTES对手术执行器械的性能需求。方法:基于金属编织技术设计一种柔性机械手结构及对应结构的控制策略。根据柔性机械手的机械结构特征推导几何关系公式。通过链式梁约束模型（CBCM）以及机械弹簧理论建立理论模型。对机械结构建立有限元模型并分析，验证理论模型的精度；并由金属编织结构的抗弯刚度验证柔性机械手的载荷能力。结果:基于金属编织技术设计了一种柔性机械手结构及对应结构的控制策略。在设置恰当的约束条件后，金属圆环作为单个受力单元在受到0.5 N的轴向力驱动时，最大应变约为1.49%，处于线性弹性阶段。最大形变约为0.308 9 mm，比理论值高3.26%。机械手骨架的最大应变约为0.21%，处于线性弹性阶段。最大总形变约为7.135 5 mm，比理论值高6.30%。机械手骨架的抗弯刚度计算为3.19 N·mm 2，与同量级尺寸形状记忆聚合物（SMPs）制成的柔性机械手相当。 结论:开发一种应用于NOTES机器人柔性机械手的骨架结构，符合执行NOTES手术任务的支撑刚度需求。

目的:初步评估新型柔性、双臂、主从操作的消化内镜微创手术机器人——DREAMS（dual-arm robotic endoscopic assistant for minimally invasive surgery）系统辅助内镜黏膜下剥离术（endoscopic submucosal dissection，ESD）的可行性。方法:选用新鲜剥离的健康猪胃作为模型，设计不同大小的类圆形病变10个（胃窦和胃体各5个），由2名内镜医生（甲和乙）独自完成内镜下剥离操作，观察DREAMS系统辅助下的剥离效果（黏膜下剥离速度）、安全性（肌层损伤、穿孔发生率）和操作性能（抓取效率：用每个病变需要夹钳夹取的次数来评估）。结果:10例机器人辅助下的ESD均顺利完成，10个病变均实现整块切除，病变直径（22.34±2.39）mm，剥离时间（15.00±8.90）min，剥离速度（141.79±79.12）mm 2/min，平均每个病变需要夹取4.2次，共有4例（40.0%）ESD出现肌层损伤，无一例穿孔发生。 结论:初步动物实验结果显示，DREAMS系统辅助ESD安全、可行。

目的:评价机器人支气管镜系统对比格犬肺外周预置弹簧圈定位及移除的有效性和安全性。方法:2021年6月18—20日，全身麻醉下使用机器人支气管镜系统对2只成年雄性比格犬肺外周置入金属肺部弹簧圈，定位标记模拟病灶，使用机器人支气管镜系统内置的导航系统规划路径。经培训的操作者操作机器人支气管镜系统导航定位并取出弹簧圈，评价导航成功率、取样成功率、弹簧圈靶点位置、导航时间、取样时间、手术时间；并记录操作过程对气道黏膜损伤情况和操作过程比格犬生命体征，操作完成后复查胸部CT了解是否出现气胸、出血等并发症。采用SPSS 20.0软件进行统计学分析。结果:2只比格犬共成功置入12枚弹簧圈。所有模拟病灶均成功规划路径，导航成功率为12/12，导航时间（43.9±19.8）s。导航系统测量的操作柔性内镜臂前端距目标靶点距离为（6.93±2.15）mm。模拟病灶位置分布于6~8级支气管。取样成功率为12/12。取样时间为（42.4±11.3）s。置入弹簧圈后无气胸和纵隔气肿。操作全程比格犬生命体征稳定，未发生操作相关并发症和术后并发症。结论:机器人支气管镜系统取出比格犬肺外周预置的弹簧圈操作简便，过程顺利，安全性好。提示机器人支气管镜系统在肺外周病灶的取材和诊断上有很大的临床意义。

目的 比较柔性臂消化内镜手术机器人(FASTER)辅助食管内镜黏膜下剥离术(ESD)和传统食管ESD的临床效果,以探索更安全、高效的ESD手术方法.方法 分别采用FASTER辅助ESD和传统ESD方法在离体猪食管模型中进行手术操作.对比分析两组手术总时间、ESD时间、直视剥离率、整体切除率和并发症发生率的差异.结果 FASTER辅助ESD组的手术总时间[(19.2±2.9)和(28.9±8.2)min]和ESD时间[(13.0±2.9)和(21.6±8.3)min]明显短于传统ESD组,差异均有统计学意义(P<0.01);直视剥离率明显高于传统ESD组(96.2%和65.4%),差异有统计学意义(P=0.014);肌层损伤率明显低于传统ESD组(19.2%和69.2%),差异有统计学意义(P<0.01).两组完整切除率和穿孔率比较,差异均无统计学意义(P>0.05).这些优势在食管非重力位病变中更加明显.结论 FASTER辅助下的食管ESD较传统ESD更加安全和高效.

超声手术刀作为一种广泛应用的高效精准的能量器械,具有同时切割止血、较小热损伤、几乎无烟雾、自净能力强等优势,但是由于现有超声手术刀结构的约束,其运动自由度少,限制了其应用在机器人操作中的灵活性.经过科研人员在结构方面的不断优化和改进,在原有刚性超声手术刀的基础上,加入柔性结构,衍生出更加灵活的多自由度柔性超声手术刀.本文综述了刚性超声手术刀的发展以及柔性超声手术刀现有的设计方案,对于刚性超声刀的研究主要集中在结构的轻便以及工作性能的提高,对于柔性超声刀的设计分为将微型化的超声换能器放置在手柄端和放置在执行末端两类,分别分析这2种设计方案的具体结构,并讨论其优势和局限性.最后,对微创外科多自由度柔性超声刀未来的发展趋势提出展望.

利用滑模控制的鲁棒性提高控制系统对不同病人血管力学特性变化的适应性,设计自适应滑模控制,通过自适应机制让控制器适应不同虚拟环境模拟的需要,降低滑模控制抖振.在自适应滑模控制作用下引用外推预测算法,降低延时对控制效果的影响,提高力反馈透明度.研究结果表明,自适应滑模预测控制能提升系统稳定性,提高力反馈控制精度,提高柔性手术器械的力反馈控制系统真实感.本研究为具有柔性控制对象的系统设计以及力反馈真实感的提升有重要理论意义和实用价值.

水凝胶材料是具备组织顺应性及生物相容性等优势的热点生物医用材料,通过构建稳定强度凝胶网络并经特殊修饰实现凝胶内部结构或外部形态非对称结构制备水凝胶基机器人.根据水凝胶机器人接收外部信号后是否出现渗透行为,将其驱动原理大致分为渗透驱动与非渗驱动,驱动水凝胶机器人能够完成如药物细胞定向负载运输、伤口组织可控修复愈合、体内造影可视检测等任务.水凝胶机器人智能、安全、高效具有巨大医用潜力,但目前仍未见聚焦医用水凝胶机器人制备驱动策略及应用的综述报道.本文将对水凝胶机器人制备策略,驱动机理及医学应用进行较全面介绍,提出水凝胶机器人在参与医疗过程中亟待解决的问题,为水凝胶柔性机器人参与医用领域应用提出有益参考.

目的 针对周围神经微创医疗机器人存在的手术前端毫米级柔性精准微创的关键问题,重点针对腰椎神经区位微创技术要求,突破毫米级柔性精准微创机器人的控制技术,实现高精度的毫米亚毫米尺度微创手术.采用一种协作机器人+毫米级线控机器人耦合的柔性变路径进针控制技术,主要包括柔性变路径进针机器人控制系统、多自由度微创医疗协作机器人与柔性变路径进针机器人耦合联动的关键控制技术,通过上位机发布指令至协作机器人和线控机器人的驱动电机,激发精准脉冲控制,实现了柔性进针的精准控制,实验验证了微创医疗机器人系统的多位姿适应性微创的灵活稳定精准控制.

全髋关节置换术(total hip arthroplasty,THA)是现代外科最成功的手术之一,精准的假体位置是手术成功的关键,机器人辅助THA进入临床已近30年.有研究表明,机器人辅助THA在假体位置、下肢长度控制、并发症以及短期功能预后等方面有一定优势,但因其操作技术复杂、手术时间延长、学习曲线陡峭、费用昂贵等原因,目前仍存在争议.手术机器人可依据准确的数据进行操作、精准实施手术,但是其仍然是"死板"的,应由有一定临床资历的医师去掌握、实施机器人手术,才能着实为病人带来益处,但仍需长期、高质量的随访研究进行验证.目前我国主流仍然使用进口机器人,未来应着手研制国产机器人,而软组织张力评估、柔性控制、微型化、非影像依赖是未来关节机器人的研发重点.