第二节
远程手术机器人技术要求及安全处理机制

一、系统架构

远程手术机器人系统的研发是远程手术的关键技术之一。远程手术机器人需要将医师操作端及手术操作端放置于不同物理空间下，这与传统的手术机器人不同。目前，商用手术机器人主要在同一物理空间下使用，若要构建远程手术机器人系统，不仅要考虑其功能是否稳定，还要为其添加可靠的远程通信系统。其中，远程机器人系统包含患者操作台、医师操作台、附属的腔镜系统和手术器械单元；远程通信系统主要为机器人主从两端的多模态信号的传输提供网络通道。

二、远程信号传输机制

在机器人远程手术中，医师不仅需要发送操作指令控制患者端的机械臂进行手术操作，还需不断确认患者端的反馈信息，以确保手术的安全进行，因此远程信号的传输需要具有较高实时性的双向传输机制。目前的远程通信系统传输硬件主要以上位机为主，针对较高实时性的需求，大多数传输机制采用基于UDP的机器人控制信息传输协议。但由于UDP传输协议的传输可靠性较低，因此研发一种实时性较高且可靠的传输机制是远程手术机器人未来发展的重要研究方向之一。

三、视频压缩处理机制

随着计算机及医学成像技术的发展，医师可通过3D腹腔镜图像获取更宽阔、更清晰的术野，使手术操作更简便、更安全，而医师如何获取分辨率较高的3D腹腔镜图像是机器人远程手术的关键技术之一。由于腹腔镜图像为3D高清图像，需要较高的带宽和网络实时性，因此在患者端需采用外置高速数据采集卡对图像进行采集和3D压缩处理，这能够有效节约系统处理及传输时间，降低图像传输时延；同时增加断点续传功能，可在图像中断后再连接时，从断点续传，确保术中图像的连续性。此前，3D高清腹腔镜图像远程传输一直受网络带宽的限制，随着第5代移动通信技术的发展，如何在5G网络环境下稳定传输高清3D腹腔镜图像对于远程手术技术的发展尤为重要。

四、远程主从两端安全处理机制

在机器人远程手术中，医师与患者处于不同的物理环境，如何保障“医师—患者”之间的信息对接、操作对接、故障处理等主、从两端安全处理机制，对保证远程手术的安全性和操作性尤为重要。远程手术机器人医师操作台和患者操作台安全处理机制主要受控于通信传输。若通信发生意外情况，比如网络出现连续丢包现象，两端的远程控制箱会立即停止双向信号传输，手术机器人医师操作台和患者操作台两端全部关节处的抱闸立即启用，机器人停止全部动作，同时发出报警信号并进入待机状态，从而保障远程手术的安全。当通信再次连接时，其通过建立机器人主从二次运动学映射机制实现机器人由待机状态切换到连接状态，手术机械臂和器械能够映射主操作端医师的控制信息，从而保证手术过程中远程控制信号的安全有效连接和映射。

（王炳强） dCBiPj5WUDEdiwJQ0zkWT03tK5CwTbhtq9tCL1v6IWK66txySpjji9DL5KhQMqMG