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機(jī)器人輔助手術(shù)系統(tǒng)可以幫助醫(yī)生以更高的精度、控制力和靈活性完成各種復(fù)雜的手術(shù)。手術(shù)器械連接至機(jī)器臂末端的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

內(nèi)窺鏡在外科手術(shù)中的應(yīng)用是醫(yī)學(xué)史上最具代表性的成功案例之一，然而，微創(chuàng)外科手術(shù)和器械的發(fā)展并未止步于此。隨著材料科學(xué)、成像技術(shù)、傳感器和機(jī)器人技術(shù)的快速發(fā)展，新一代手術(shù)器械的生產(chǎn)迎來新一輪的創(chuàng)新熱潮。

微創(chuàng)手術(shù)已經(jīng)成為一種常規(guī)的門診手術(shù)，可有效降低護(hù)理成本、縮短恢復(fù)期并減少術(shù)后并發(fā)癥。微創(chuàng)手術(shù)需要使用各種專業(yè)化的內(nèi)窺鏡、攝像頭、光源、視頻監(jiān)控器、充氣器、套管和其他器械。

現(xiàn)代的機(jī)器人輔助手術(shù)系統(tǒng)讓外科醫(yī)生能夠在機(jī)載攝像頭和傳感器的精準(zhǔn)視覺引導(dǎo)下靈活地操縱執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

機(jī)器人輔助手術(shù)（RAS）是新一代的微創(chuàng)手術(shù)，打破現(xiàn)有微創(chuàng)手術(shù)的局限，可幫助外科醫(yī)生提高開放手術(shù)的操作精度。借助人工智能以及CT、PET、MRI和核掃描等尖端診斷成像技術(shù)，外科醫(yī)生能夠在日益完善的RAS系統(tǒng)的輔助下顯著提升手術(shù)的精確度和準(zhǔn)確性。

超聲波金屬和塑料焊接技術(shù)是生產(chǎn)用于機(jī)器人輔助手術(shù)器械的線束和連接器的理想選擇。（圖片來源：艾默生）

隨著機(jī)器人輔助手術(shù)系統(tǒng)應(yīng)用的日益普及，新一代微創(chuàng)手術(shù)器械正在快速重新設(shè)計(jì)和改造，以便更好地集成機(jī)器人技術(shù)。雖然這些器械的基本功能要求并未改變，但當(dāng)它們直接安裝在機(jī)械臂上時(shí)，其外形尺寸會(huì)發(fā)生顯著的變化。這些新一代器械（現(xiàn)在通常被稱為“執(zhí)行機(jī)構(gòu)”）不再通過符合人體工程學(xué)的手柄接收外科醫(yī)生的手部觸覺輸入，而是采用電子引導(dǎo)的操作原理。這些執(zhí)行機(jī)構(gòu)利用先進(jìn)的掃描技術(shù)和/或計(jì)算機(jī)化機(jī)器人控制的定位輸入，按照預(yù)定的手術(shù)方案進(jìn)行定位。外科醫(yī)生可以使用機(jī)器人的操縱桿進(jìn)行微調(diào)，同時(shí)利用安裝在執(zhí)行機(jī)構(gòu)上的攝像頭提供的視覺輸入來引導(dǎo)器械。此外，外科醫(yī)生可以實(shí)時(shí)查看手術(shù)方案的細(xì)節(jié)信息，根據(jù)患者的解剖結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，例如在髖關(guān)節(jié)或膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)中調(diào)整新植入物的角度。

利用微型化和電子技術(shù)，機(jī)器人輔助手術(shù)（RAS）執(zhí)行機(jī)構(gòu)變得更小、更輕，相比傳統(tǒng)的內(nèi)窺鏡器械，通常集成多種功能。例如，多種老式手術(shù)器械均采用直線配置的方式制造，必須彎曲才能繞過手術(shù)中的障礙物，而新一代執(zhí)行機(jī)構(gòu)更加靈活，功能更加豐富，提高手術(shù)效率和精度。很多新一代執(zhí)行機(jī)構(gòu)都是機(jī)電式的，采用包括金屬、彈性體和高性能塑料在內(nèi)的多種材料。

然而，隨著手術(shù)器械向更小、更復(fù)雜的方向發(fā)展，引導(dǎo)和控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電子、通信和控制機(jī)構(gòu)日益精密，以及全球醫(yī)療器械安全、可靠性和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高，醫(yī)療器械制造商在制造和裝配方面面臨著一系列的挑戰(zhàn)。

1、解決裝配難題

所幸的是，裝配技術(shù)也在不斷進(jìn)步。對(duì)于集成金屬、彈性體和塑料部件的機(jī)器人輔助手術(shù)系統(tǒng)（RAS）和終端執(zhí)行機(jī)構(gòu)，超聲波焊接仍然是一項(xiàng)核心制造技術(shù)。超聲波焊接的基本原理是利用振動(dòng)運(yùn)動(dòng)和壓縮力將兩個(gè)兼容材料的配合面緊密結(jié)合在一起。在高頻振動(dòng)的作用下，配合面產(chǎn)生機(jī)械摩擦和熱量，實(shí)現(xiàn)材料的粘合。

焊接塑料的過程中，超聲波焊接會(huì)在兩個(gè)部件之間的焊點(diǎn)上產(chǎn)生一個(gè)很小但可控的熔化區(qū)域。最新的工藝技術(shù)不僅能更加精確地控制焊接時(shí)間、深度和功率輸入，還可以調(diào)節(jié)下壓力，因此，我們甚至可以成功地焊接含有傳感器和電子元件的部件，或者具有極小公差接縫的部件，如機(jī)器人輔助手術(shù)（RAS）執(zhí)行機(jī)構(gòu)、攝像頭及相關(guān)部件。超聲波塑料焊接是理想的外殼和組件的組裝工藝。這些外殼和組件通常包含電機(jī)、傳感器、攝像頭或輸送和管理手術(shù)中使用的關(guān)鍵流體或氣體的閥門和小型管道等部件。

對(duì)于銅、鋁、鎳、銀等有色金屬，超聲波焊接能夠利用振動(dòng)和壓縮力在金屬部件之間形成固態(tài)分子對(duì)接。金屬對(duì)接是超聲波金屬焊接獨(dú)有的特性。金屬焊接的另一個(gè)關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)是它能消除焊接煙霧相關(guān)的健康問題。這不僅改善工作環(huán)境，還能減少對(duì)認(rèn)證焊臺(tái)的需求。同時(shí)，超聲波焊接系統(tǒng)的工藝邏輯和數(shù)據(jù)采集功能進(jìn)一步提高工藝產(chǎn)出量和可重復(fù)性。

不同于其他焊接工藝，超聲波金屬焊接對(duì)金屬部件進(jìn)行加熱且不會(huì)使其熔化，避免金屬間化合物導(dǎo)致的腐蝕問題。此外，超聲波金屬焊接也用于加工能量儲(chǔ)存或電池中至關(guān)重要的極片和電極電路。這些電池為電動(dòng)或加熱部件提供電力，并傳輸并傳遞視覺數(shù)據(jù)、控制信號(hào)或遙測(cè)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)對(duì)于可視化和控制機(jī)器人手臂和執(zhí)行器功能至關(guān)重要。另一個(gè)關(guān)鍵應(yīng)用是細(xì)線組件的電氣連接，例如，超聲波金屬焊接能夠?qū)?0 AWG銀涂層銅線等細(xì)線材料可靠地連接到傳感器或執(zhí)行器的單點(diǎn)接觸上。

在超聲波塑料和金屬焊接這兩種工藝中，無需使用添加劑或耗材即可連接部件。因此，對(duì)于生物相容性塑料制成的機(jī)械臂或手術(shù)末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)，組件焊接不會(huì)造成外部污染風(fēng)險(xiǎn)。兩種工藝均可以用于粘接極小、易碎或薄的部件。由于超聲波工藝速度快、能效高、質(zhì)量可重復(fù)，因此能夠以高度可預(yù)測(cè)和可負(fù)擔(dān)的成本制造用于機(jī)器人輔助手術(shù)（RAS）的高質(zhì)量一次性末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

激光塑料焊接是醫(yī)用機(jī)器人和末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)制造相關(guān)的第三種裝配工藝。這種工藝用于塑料的柔和的無閃光和無顆粒粘合，可實(shí)現(xiàn)A類美觀表面（包括手術(shù)機(jī)器人、機(jī)械臂和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的外表面）。激光焊接的工作原理是通過傳導(dǎo)性塑料部件將激光熱源作用于可吸收激光的塑料零件上，進(jìn)而熔化并連接塑料零件。激光焊接還有其它很多優(yōu)點(diǎn)，包括：實(shí)現(xiàn)部件之間的完美密封；連接極薄或易碎部件；以及精準(zhǔn)追蹤極細(xì)焊縫，這對(duì)于連接具有狹窄或微流體流動(dòng)路徑的部件至關(guān)重要。

機(jī)器人輔助手術(shù)（RAS）設(shè)備和有源植入器械使用高可靠性的小尺寸電源連接件，這些連接件通常是使用超聲波點(diǎn)焊技術(shù)在潔凈室環(huán)境中焊接。電池焊接將鋁極片和鋁電池電極相連接，焊縫大小僅為2×2毫米。（圖片來源：艾默生）

手術(shù)器械、機(jī)器人輔助手術(shù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)甚至手術(shù)植入物制造中的另一種重要工藝是精密超聲波清洗。這種方法使用超聲波發(fā)生器在浸入制造部件的水或溶劑清洗溶液中產(chǎn)生高頻能量脈沖。超聲波脈沖產(chǎn)生空穴或細(xì)氣泡，清除制造過程中積聚在產(chǎn)品表面的污染物。

2、改善患者治療效果

新一代的機(jī)器人輔助手術(shù)系統(tǒng)和器械與超聲波塑料和金屬焊接、激光塑料焊接以及精密超聲波清洗等裝配技術(shù)相結(jié)合。這些工藝可解決一系列裝配難題，為器械設(shè)計(jì)者提供更大的自由空間，探索可縮短開發(fā)時(shí)間的創(chuàng)新制造方法。例如，使用三維打印模具的快速增材制造工藝可以快速驗(yàn)證模具概念，將設(shè)計(jì)優(yōu)化時(shí)間從數(shù)周縮減至數(shù)天。

技術(shù)提供商在開發(fā)微創(chuàng)手術(shù)器械和機(jī)器人輔助手術(shù)系統(tǒng)裝配工藝的經(jīng)驗(yàn)為領(lǐng)先的機(jī)器人輔助手術(shù)系統(tǒng)制造商提供巨大的優(yōu)勢(shì)。將微創(chuàng)手術(shù)器械用于機(jī)械臂末端機(jī)器人應(yīng)用無疑將有效改善患者的手術(shù)效果。