ROSA机器人手术系统——发展、原理与应用

宋强 李凯 宋文杰 赵献坤 青岛市市立医院医疗器械部 （山东 青岛 266000）

内容提要： ROSA（Abbre. Robot of Surgery Assistant）机器人手术系统是一种基于影像导向的、计算机控制机电臂的、外科手术辅助自动化平台，主要由机械臂、触摸屏、移动推车、软件、专用器械等部分组成，是脑外科/脊柱外科精准微创类手术和复杂器械操作机器人技术的代表。ROSA是法国Medtech公司研发的新一代多功能人工智能辅助外科应用平台。文章主要介绍了ROSA机器人手术系统的发展、原理、组成、应用、常见故障分析等。

随着科技的发展和时代的进步，机器人技术已经广泛应用于社会各行各业，也包括医疗领域。目前，医疗领域机器人主要包含手术机器人、康复机器人、辅助机器人、服务机器人等，涉及计算机技术、自动化技术、传感器技术、影像学技术、大数据人工智能等多个技术层面[1,2]。

伴随着医学领域革命性和创新性诊疗技术的出现与发展，手术机器人辅助下的精准微创手术应用越来越广泛，其主要特点是高效、精准、微创、疗效确切，无需开放性手术，术后恢复快，起到良好的智能辅助作用[3,4]。ROSA机器人以其出众的性能，被誉为神经外科界的“达芬奇”手术机器人。据了解，目前，该机器全球总装机超过300台，其中，中国装机超过30台，已完成超过50000台/次的机器人辅助手术。2018年底，青岛市市立医院正式引进胶东半岛第一台神经外科ROSA机器人手术系统，标志着本院神经外科正式迈入精准智能神经外科新时代。

1.ROSA机器人人工智能辅助技术介绍

1.1 ROSA机器人人工智能辅助技术概述

ROSA是法国Medtech公司研发的新一代多功能人工智能辅助外科应用平台，创新的核心技术是采用了六度自由机械臂传感技术、无标记点的自动注册技术、患者体位动态追踪技术、复杂器械操作的软件程控技术，开创了脑外科/脊柱外科机器人技术的里程碑，是脑外科/脊柱外科精准微创类手术和复杂器械操作机器人技术的代表[4,5]（图1）。

图1. ROSA机器人结构

ROSA机器人辅助系统采用现代影响学定位和立体定向仪引导，通过对患者颅脑进行细致的扫描，配合彩色多普勒影像仪来构建三维立体的脑部结构图，准确定位靶点位置，误差精确到1mm以内。

1.2 ROSA机器人人工智能辅助技术组成

ROSA是基于影像导向的、计算机控制机电臂的、神经外科手术辅助自动化平台，主要由机械臂、触摸屏、移动推车、软件、专用器械等部分组成，主要用于手术室，供空间定位和定向器械固定器或工具[6,7]。其中，触摸屏通过指示要做的动作以及提供各种不同指令确保ROSA及其用户之间的信息交流。专用器械包括注册用指示探针导航用指示探针、光学距离传感器、器械固定器、器械适配器、脑室内镜器械固定器、经鼻内镜器械固定器、微型驱动固定器、机器臂X射线图形、Leksell框架X射线板等。该系统导引基于采用三维影像处理软件制定的术前计划，并使用基准标记点或光学注册。

1.3 工作原理

ROSA机器人人工智能辅助技术的操作原理基于不同阶段：①患者头部基准点的应用（取决于注册方法）；②手术前影像采集（三维MRI/CT或二维X射线影像）；③手术前影像分割和制定手术计划；④在手术室安装ROSA设备并将移动手推车与头部固定架或立体定向框架连接；⑤使用基准点注册、远程传感器自动注册或立体定向框架注册进行ROSA设备术前数据注册；⑥依据手术前计划进行手术（手术器械的导向和操作）。

1.4 操作步骤

主要操作分为如下步骤：①手术前，进行患者头部影像（三维MRI/CT或二维X射线影像）采集，并输入到ROSA应用程序中，并使用基准标记点或光学注册；②手术前，外科医生使用ROSA软件依据患者影像进行手术计划，设定用于定位手术器械所需的手术参数（例如：靶点、进入点和器械长度），同时配置合适的手术器械；③手术中，ROSA依据先前完成的手术计划为必需器械提供精确、严格的导引。

1.5 应用范围

目前，ROSA机器人能够精准辅助开展神经外科手术的例子包括但不限于：脑立体定向神经外科手术：肿瘤活组织检查、囊肿、功能性神经外科手术（电极植入）、导管植入、镭放射治疗；脑室内镜神经外科：脑室脑池造口术、内镜活检术；经鼻内镜神经外科手术：垂体手术、颅底肿瘤切除术；导航下颅骨开放性神经外科手术：肿瘤切除手术、海绵状血管瘤手术；以及任何其他需要精确定位靶点或定位器械的颅脑神经外科手术[8-10]。

2.ROSA机器人常见故障及解决方案

2.1 故障1：触摸屏未启动

故障分析：①屏幕关闭；②电线、电缆断开；③屏幕显示“No video input”（无视频输入）然后黑屏。

解决方案：①打开屏幕开关；②检查电源线、电缆是否连接好；③按下设备后面板上的“Reset”（复位）按钮。

2.2 故障2：液压固定系统不工作

故障分析：①液压控制在待命之后被关闭；②停止点随着液压促动器的运行被创建。脚没有充分抬高或降低。

解决方案：①按下按钮提升或降低液压促动器使其退出待命状态；②提升/降低液压促动器到停止点，当达到停止点时“HP355”闪烁于液压促动器屏幕上面，同时按下上和下按钮删除停止点。

2.3 故障3：机器臂移动时中断

故障分析：ROSA器械表明检测到碰撞，出现停止保护或者不合适的器械被安装到机器臂上面。

解决方案：确保安装的器械符合操作步骤里的当前阶段。

2.4 故障4：机器臂在合作模式下缓慢漂移

故障分析：工具接触物体。

解决方案：确保固定到机器臂的原件没有接触外部物体。

2.5 故障5：ROSA页面显示与光传感器的通讯错误

故障分析：光学传感器的加电序列不工作。

解决方案：检查光传感器正确插入（可见红色激光束）。重新校正偏差之前关闭并打开光传感器。

2.6 故障现象6：手动注册基准点不精准、立体定位框架注册不精确

故障分析：患者图像不精确。

解决方案：确保遵守ROSA图像采集协议。验证患者图像中无显著伪影或失真。确认采集的二维X射线图像与正位/侧位注册板方向一致。

3.小结

随着人工智能的高速发展，ROSA机器人手术系统将不断更新换代，并不断拓展在医疗领域的应用范围，更好地服务于广大患者[11-14]。