针对目前消化道腔内柔性内镜手术存在的柔顺入路与 318灵巧探查困难、操作力难以施加和器械臂控制精度不足等问 题，以柔性可达与灵巧探查、刚性操作、操作三角充分和精 准控制为内镜式手术机器人设计需求，开发出多自由度刚柔 耦合内镜手术机器人系统。本项目所设计的刚柔耦合内镜机 器人主要由远端操作部和近端驱动部组成，如图 2 所示。远 端操作部分由一个外径 16mm 的具有远端可展结构的变刚 度连续体关节和两个外径 2.6mm 的柔性手术器械组成。变 刚度连续体关节安装在被动弯曲的插入管远端，通过狭窄受 限的人体腔道携带柔性手术器械到达病变部，两个灵活的5自由度手术器械分别负责组织牵引和组织切割。同时，在变刚度连续体关节上安装有直径3.6mm的内窥镜用于术中为医生提供实时内窥镜视频图像。 为验证内镜远端连续体 overtube 增强操作三角的有效 性，开展胃组织活检离体动物实验，如图 3a 所示。实验装置包括丝驱动单元、运动控制器、安装在 350mm 长的软橡 胶管远端的连续体 overtube、猪胃(约 500g)和模拟食管(由 透明 PVC 管制成)，并采用商用支气管镜改装了两台定制的 手术器械开展双臂手术操作。实验人员从天津大学招募 2 名 平均年龄 25 岁的男性作为研究人员进行离体实验，他们没 有相关的医学背景或外科手术经验，在获得他们的知情同意 后，这些参与者接受了手工操作器械的培训后操作机器人， 训练过程之后是大约 20 分钟的个人练习。在展开远端的展 开机构后，两器械臂形成操作三角，如图 3a 顶部所示。此 外，为营造手术环境，将空压机(1600W-30L, OTS, CN)产生 的空气通过管(图 3a 中以黄色标记)送入猪胃中形成气腹。在 操作过程中，丝驱动单元驱动连续体 overtube 沿模拟食管 319引导进入猪胃内，如图 3 b1 所示。抵达病灶处后，通过驱动 钢丝软轴打开远端可展结构，以支撑两个器械形成更广泛的 操作三角，如图 3 b2 所示。通过操作两手术器械靠近手术区 域，然后抓住并拉动目标组织，如图 3 b3) - b5 所示。最后 通过两器械配合完成病变组织的活检和取样，如图 3 b6)所 示。经简单训练后，内镜下双臂活检的操作时间一般在 3 分 钟左右。可展结构有利于改善手术操作三角，避免器械碰撞 干扰，扩大手术视野。本实验验证了连续体 overtube 在柔 性内镜手术中应用的可行性。此外，该设计还可以通过用套 圈器或黏膜切开刀代替活检钳来执行 EMR/ESD 手术。 我们在猪胃上进行了初步的离体实验，用于 ESD 手术， 以验证所提出的柔性仪器的有效性。建立了主从式实验装置， 如图 4a 所示。使用两种柔性器械，分别配备钳子和电刀完 成 ESD 过程。两者均通过连续 overtube 的工作通道插入， 如图 4 a2 所示。将猪胃(约 750 克)放在中性垫子上。在实验 测试中，电刀连接到主控制台的电外科单元(SmartESU, ZONGHENG Medical，威海，CN)，并通过脚踏开关供电， 如图 4 a1 所示。术者根据内镜视频操作两个主装置控制柔性 器械的运动。完整的 ESD 过程包括粘膜染色(使用 0.2%靛胭 脂红)、注射、粘膜预切、提起粘膜瓣和粘膜剥离，如图 4 b)-c 所示。实验结果验证了所提出的柔性器械在粘膜层皮瓣多向 提升中的有效性。这一优点可以帮助显露剥离平面，并产生使用电刀进行粘膜剥离的内窥镜视图。 该项目在机器人整机系统研发、连续体机构设计、变刚 度方法以及手术器械精准运动控制等关键领域取得了显著成果，相关研究已通过高水平学术论文和专利的形式得到体 320现。