Cross-platform integration of robotic intraoperative ultrasound using system-agnostic drop-in probes: technical feasibility and workflow standardization

技术摘要：机器人术中超声的跨平台集成

问题陈述
术中超声（IOUS）是微创手术中实时图像引导的关键工具，但其在机器人工作流中的集成仍处于碎片化状态。目前的解决方案通常依赖于专有的、特定平台的探头，这限制了可扩展性并阻碍了不同机器人系统之间的技能转移。传统腹腔镜超声探头僵硬的轴向限制了采集角度，并增加了体内操作的难度。虽然“即插即用”型探头（具有柔性电缆和用于机器人抓钳的夹具）提供了一种解决方案，但由于缺乏跨多种不同架构机器人的标准化、系统无关的工作流，这成为了广泛采用机器人术中超声（RIOUS）的障碍。因此，需要确定是否可以将单一的程序框架成功应用于架构迥异的多孔机器人平台，并使用系统无关的硬件。

方法论
本技术可行性研究在法国斯特拉斯堡的 IRCAD 研究与培训中心进行，使用了一个腹部超声仿体，属于非临床实验环境。研究评估了在四种不同的多孔机器人手术系统中应用标准化的六步 RIOUS 工作流的可重复性：

1. da Vinci Xi (Intuitive Surgical)
2. Hugo™ RAS (Medtronic)
3. Toumai (MicroPort® MedBot™)
4. hinotori™ (Medicaroid Corporation)

设备与方案：

• 超声系统： ARIETTA 750VE (FUJIFILM Healthcare Corporation)。
• 探头： 测试了两款系统无关的即插即用线性探头：L43K（12–2 MHz，26 mm 足迹）和 L51K（15–3 MHz，13 mm 足迹）。两者均具有设计用于标准机器人抓钳的柔性电缆和夹具。
• 仿体： 使用了经过验证的 US-3 IOUSFAN 腹部仿体，置于训练箱内，以模拟真实的穿刺口配置和解剖结构。
• 工作流： 在所有平台上均一致应用了结构化的六步协议：
  1. 超声机相对于机器人推车和控制台的位置。
  2. 激活前的安全检查（探头连接、电缆布线、机械臂干扰）。
  3. 穿刺口配置（利用一个额外的 12 mm 配套穿刺口）。
  4. 在直接内窥镜视野下插入探头。
  5. 控制台配置与图像显示集成。
  6. 使用标准机器人抓钳进行器械选择和探头操作。

关键结果
研究成功证明，标准化的 RIOUS 工作流在所有四个评估平台中均具有可行性和可重复性。

• 硬件集成： 两款即插即用探头均可在所有系统中完成体内插入和操作，未出现探头脱落、电缆缠绕或机械臂干扰现象。较小的 L51K 探头在狭窄空间内更具优势，而 L43K 则为较大结构提供了更优的图像质量。
• 图像显示： B 型实时成像成功在每个系统的医生控制台上显示，尽管集成方式有所不同：
  • da Vinci Xi： 利用原生的 TilePro™ 实现同步分屏显示。
  • Hugo™ RAS： 需要通过外部工作流，利用 Touch Surgery™ DS1 生态系统将信号传输至控制台旁的辅助显示器。
  • Toumi： 使用原生的画中画（PiP）功能将超声叠加在内窥镜视野上。
  • hinotori™： 通过系统塔连接实现分屏或三视图功能。
• 器械使用： 在所有平台上均实现了稳定的抓取和操作。虽然特定首选抓钳因系统而异（例如，da Vinci Xi 使用 Maryland 双极钳，Hugo RAS 和 Toumai 使用 Cadiere 钳，hinotori 使用通用抓钳），但两种探头模型之间的夹持稳定性没有显著差异。
• 一致性： 核心程序步骤（机器定位、穿刺口策略、探头插入）在各系统间保持一致，差异仅限于房间布局、可视化方式及特定的器械偏好。

主要贡献

1. 首次多平台演示： 这是首次在四种架构迥异的机器人系统下，在相同实验条件下进行的 RIOUS 工作流技术演示。
2. 标准化协议： 本研究建立了一个可重复的、平台无关的六步协议，该协议在处理各系统技术特性的同时，保持了统一的程序框架。
3. 系统无关的可行性： 研究验证了系统无关的即插即用探头可以促进跨平台的技能转移，从而降低了为每家机器人制造商开发专用硬件的经济和技术负担。
4. 教育资源： 研究生成了四份结构化的视频参考资料，记录了每个平台的完整工作流，旨在支持医生培训以及将 RIOUS 纳入机器人手术课程。

意义与主张
本文主张，一种可重复的、平台无关的 RIOUS 工作流在技术上是可行的，这表明机器人超声操作的熟练度可能可以在不同的机器人系统之间转移，而无需建立完全独立的学习课程。这一发现解决了该领域的关键空白，可能防止产生限制超声应用普及的“特定平台孤岛”。

作者强调，这项工作为未来的远程手术和远程指导奠定了程序基础，在这些场景中，远程操作者可以在图像引导下操作即插即用探头，而主刀医生进行手术。此外，研究认为 RIOUS 可以通过提供额外的视觉信息（用于组织特征描述和病灶定位）来部分补偿机器人手术中缺乏触觉反馈的问题。

作者对自己的主张保持谦逊，承认本研究局限于仿体模型，且未包含单孔系统或正式的远程手术模拟。他们强调，虽然程序框架是可转移的，但超声诊断解释技能的跨平台可转移性仍需进一步的正式研究。研究结论认为，标准化的视频记录和系统无关的硬件是实现协作式图像引导机器人手术的务实步骤。