NI LabVIEW 进 行机器手臂辅助式腹 腔镜检查.doc

NI LabVIEW 进 行机器手臂辅助式腹 腔镜检查NI提供的各式训 练课程，让原本就容 易操作的 LabVIEW 平 台更能轻松上手，这 点是其他的解决方案 无法提供的。- Joseph Ka-Chun Siu, PhD, HPER Biomechanics Laboratory, University of Nebraska at OmahaThe Challenge:训练医生使用达文西 外科手术系统 (da Vinci Surgical System, dVSS) 进行机 器手臂辅助式腹腔镜 检查。The Solution:使用 NI LabVIEW 开 发平台，确保医科学 生与新手医师能使用 正确的动作进行机器 手臂辅助式腹腔镜检 查，以保障病患的安 全。dVSS系统可在手 术操作台工作时，通 过在显示器上观测 3D图像实时获取手 术台情况Author (s):Joseph Ka-Chun Siu, PhD - HPER Biomechanics Laboratory, University of Nebraska at OmahaNick Stergiou PhD - University of Nebraska at OmahaDmitry Oleynikov MD - University of Nebraska Medical Center腹腔镜检查是 1 种使用长型仪器插入 小切口的低侵入性手 术。跟传统的剖腹手 术相比，腹腔镜检查 彻底颠覆了腹部病变 的治疗方式，因为其 恢复期较短、疼痛较 少，而且沾黏减少， 让术后的生活质量大 为提高。然而，徒手 进行腹腔镜检查也有 几项限制，包含缺乏 判别距离的能力、镜 头控制不当、仪器头 部的自由度受限，而 且手部与仪器的动作 是颠倒的。这些限制 会导致不自然且费力 的手术姿势，而产生 手术疲劳。使用 Intuitive Surgical, Inc. 公司的 dVSS 进行的机 器手臂辅助手术，让 医生克服了徒手腹腔 镜检查的某些限制。 进行机器手臂辅助式 腹腔镜检查时，医师 坐在操纵台，透过手 术机器人遥控内视镜 仪器。3D 视觉仿 真能判断距离，手腕 式的仪器接合能减少 震动、比例运动 (scaled motion) ， 并增加动作范围，以 提高医师的灵敏度。 跟徒手腹腔镜检查相 比，使用机器系统可 以让手部与仪器的动 作一致，减少腹腔镜 医师的训练时间。目 前dVSS 已经通 过美国食品及药物管 理局的核准，可用于 胃肠、胸廓、泌尿、 妇科与心脏手术。训练医师操作使 用 LabVIEW 的dVSS虽然机器手臂辅助手 术蔚为风行，但是训 练计划的发展仍然有 限，而建立 1 项 机器手臂辅助手术的 训练计划便能满足此 需求。我们认为机器 技术的学习应该纳入 医学院的课程。在奥 马哈市内布拉斯加大 学 HPER 生物 力学实验室的内布拉 斯加生物力学核心实 验室中，我们与该校 医疗中心的机器人手 术实验室合作，开 发 1 项机器人手 术训练计划，供新手 医师学习使用这门先 进的技术。我们使用 LabVIEW 软 件，开发了 2 座 训练平台。第一座平 台是用来监控并记录 医师在训练计划中的 表现，以确保手术的 过程正确无误。以 LabVIEW 为 架构的训练平台也会 产生实时视觉回馈， 让学员清楚他们在训 练任务或活体组织上 施展了多少力气。这 种视觉回馈能协助学 员在手术时减少对组 织的伤害。我们也使 用 LabVIEW 在 虚拟现实中创造适合 训练的工作环境。而 第二座训练平台则给 予我们进行调查所需 的弹性，透过以太网 络在虚拟仿真装置中 收集数据并调整训练 任务。虚拟机人手术 训练可以让多名医师 同时受训，并提供问 题导向训练计划，供 新手医师学习机器人 辅助手术。我们透过 TCP/IP 連 結 dVSS，以取 得机器人手术系统的 所有数据。我们也使 用 NI USB- 6009 数据撷取 卡来链接肌电系统与 电子量角器，以取得 生理量测数据，如医 师的肌肉活化与关节 角度等。我们之所以使用 LabVIEW 软 件与 NI 数据撷 取硬件进行图形化系 统设计，有几个原 因： NI 提供的 各式训练课程，让原 本就容易操作的 LabVIEW 平 台更能轻松上手，这 点是其他的解决方案 无法提供的；虽然我 们 2 位开发平台 的工程师已经很熟 悉 LabVIEW 的 程序编写，但是他们 更能藉由参加奥玛哈 市与林肯市举办的训 练研讨会，进一步提 升技术并缩短开发时 间；此外，因为透过 软件定义的硬件采用 模块式结构，所以我 们能够持续改进训练 系统。有了这套系统，研究 人员与医疗人员就能 客观评估在参加机器 人手术训练计划之 后，手术的熟练度提 高了多少。并因此减 少手术疲劳并降低腹 腔镜手术时的组织受 损，这项应用可以协 助训练医师，让医师 与病人同时受惠。Author Information:Joseph Ka-Chun Siu, PhDHPER Biomechanics Laboratory, University of Nebraska at Omaha6001 Dodge St.Omaha, NE 68182- 0216United StatesTel: 402- 554-3773Fax: 402- 554-3693 ksiumail. unomaha. edu1/3dVSS系统可在手 术操作台工作时，通 过在显示器上观测 3D图像实时获取手 术台情况2/3使用dVSS系统后 的手术操作台工作架 构LegalThis case study (this case study) was developed by a National Instruments (NI) customer. THIS CASE STUDY IS PROVIDED A