当前位置: 主页 > 医药健康 > 前沿医学 > 医疗相关

探秘NASA海底医学实验室:极端环境下的远程手术与机器人技术

2006-08-24 20:06 肯·卡姆勒博士 NASA 阅读 0
核心摘要: 本文探秘NASA在佛罗里达州基拉戈岛附近设立的海底医学实验室,介绍其如何模拟太空环境进行远程手术和机器人技术研究。通过NEEMO9项目,专家卡姆勒博士见证了M7外科手术机器人在深海成功重复远程医生的动作,尽管存在时间滞迟问题,但为未来太空和战场手术提供了重要参考。文章详细描述了实验过程、机器人系统原理及挑战,并强调了减压病等安全注意事项。

征服太空、合理开发利用太空一直是人类的梦想,人类甚至希望到月球和火星上旅游、居住。然而,要实现这些目标,必须解决一个难题:在太空中如何顺利实施外科手术?美国宇航局(NASA)在佛罗里达州南部基拉戈岛附近设立了一个海底医学实验室,正在探索这一领域。

美国医疗专家肯·卡姆勒博士以研究项目特别顾问的身份,于4月初探访了该实验室。卡姆勒博士是太空外科手术的先驱者之一。2004年,一名宇航员在太空舱中被PVC管割伤,卡姆勒博士在太空舱中人工操作完成了手术,这是人类首次在太空舱中完成此类手术。2005年,加拿大麦克马斯特大学微创外科中心主任莫哈恩·安瓦瑞斯博士远程遥控指挥卡姆勒博士和另一位专家完成了太空模拟手术。

NASA海底医学实验室在岸上设有控制指挥中心,通过无线设备与3海里外、深达62英尺的海底实验室保持联系。宇航员或潜水员在此工作和生活两周,进行精细的海底实验。卡姆勒博士参与的项目为“极端环境任务行动之九”(NEEMO9),由美国空间联盟的科学家比尔·托得主持,主要模拟宇航员在国际空间站以及未来在月球和火星上可能遇到的工作条件。

NEEMO9的目标之一是探索在危险或遥远、医生无法到达的环境中,如何利用机器人代替医生完成外科手术。海底实验舱外形呈圆柱状,颜色类似美国校车,大小如同太空空间站。经过潜水培训后,卡姆勒博士与NEEMO项目科学家下潜至海底实验室,遇到两名正在模拟“月球行走”的宇航员。他们垂直行走,通过系带和脚蹼加载重量模拟火星引力(地球的1/3)。一名宇航员在舱内遥控一个遥控操作潜水艇,为建筑试验运送工具。深海环境不仅模拟了火星引力,还模拟了太空中的隔离状态和危险,有助于任务设计者准备应急预案。

在为期3天的探访中,卡姆勒博士见证了人类首次通过遥控操作机器人在深海极端环境下实施外科手术。第二天,他与美国辛辛那提大学外科医生泰姆·布罗德瑞克博士在实验舱内见证了“M7”外科手术机器人系统成功重复了远在1500英里之外的医生的动作。M7机器人系统由美国斯坦福研究院设计,根据美国陆军远距离医学和先进技术研究中心(TATRC)的要求研制,旨在危险和遥远地点进行手术。该系统由“主人机器人”和“奴隶机器人”组成,是首台体积足够小、适合在实验太空舱中工作的机器人,其双手可在7种不同角度自由活动。远程操作时,“主人机器人”的位置和动作信息通过互联网传输至NEEMO9项目管理中心,再传给“奴隶机器人”。

试验发现,尽管信息以光速传输,系统仍存在约0.250毫秒的“时间滞迟”,但未对缝合模拟人体组织伤口(位于动脉附近)产生负面影响。然而,当人为将时间滞迟增加至3秒(相当于信息传输到月球的时间)时,机器人无法完成任务。传输到火星需约20分钟,M7机器人同样无法胜任。因此,科学家需研发更先进的机器人系统,使其能依靠自身“智慧”承担更多手术任务。

NEEMO9项目还证明,该机器人系统除太空应用外,也可在危险环境如战场上实施复杂手术。最后一天,卡姆勒博士与项目组成员庆祝成功。但实验舱从62英尺海底升至水面需17小时,因为宇航员和潜水员在海底呼吸压缩空气18天后,体内血液含大量氮气。若上升过快,压力骤降会导致氮气快速释放形成气泡,阻塞血液组织,引发减压病(肢体和腹部疼痛)。

    发表评论