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如何在太空中做手術?靠機器人還是3D打???

時間:2020-08-10 來源:機器人在線 閱讀:4716

據悉,有報道稱一名宇航員在太空執行任務時,發生血栓生命危險,最后在地球上醫生的幫助下成功用藥物治療了病癥,避免了手術。但考慮到航天機構和私人航天公司決心要在未來幾十年內把人類送上火星,下一次再遇到這樣的情況時,我們可能就沒那么幸運了。那么為了改變這種現狀,人們也提出機器人和3D打印這樣的假設解決方案。



事實上,外科急癥是人類太空旅行的一個主要挑戰。但是在過去數年中,太空醫學研究人員已經提出各種想法,從外科手術機器人到3D打印機等等,希望能解決這個難題。


火星與地球之間的最近距離也有5460萬公里,相比之下,國際空間站軌道距離地球僅400公里。如果在國際空間站上發生外科急癥的情況,一般程序是在實時通訊的協助下,先穩定患者,然后將他們送回地球。但是這個方法在火星任務中行不通,因為將患者送回地球的話,少則要幾個月多則數年,而且溝通可能也會有20分鐘以上的延遲。


除了距離這個問題外,往返火星以及在火星上時所面臨的極端環境包括:微重力、高輻射水平以及密閉的加壓艙或防護服。這會給宇航員的身體帶來壓力,需要較長時間去適應。


我們已經知道,太空旅行會改變宇航員的細胞、血壓調節和心臟功能,它也會影響人體的體液分布,使骨骼疏松、肌肉松弛,太空旅行人員同樣也可能更容易被感染,所以,僅從手術的適應性方面來看,受傷或身體不適的宇航員已經處于生理劣勢。


宇航員克里斯·哈德菲爾德在國際空間站使用心臟實驗室


漂浮的內臟

在微重力下做手術其實是可能的,而且也已經嘗試過,只不過不是在人類身上。宇航員已經成功在微重力環境下修復大鼠尾巴,給動物做腹腔鏡手術(一種用于檢查和修復腹部內器官的微創手術)。這些手術帶來了新的創新和改進,比如磁化手術工具,讓它們吸附在桌子上;以及固定“太空外科醫生”。


但還有一個問題是,在開腹手術期間,腸子會四處漂浮,模糊手術視野。為了解決這個問題,太空旅行者可以選擇微創手術,比如小切口手術,理想情況下,使用攝像頭和工具通過小切口在患者內腔內進行手術。


最近,外科醫生在一次拋物線“零重力”飛行過程中,在假腹部上完成了一臺腹腔鏡手術,成功止住創傷性出血。但他們表示,如果對同船宇航員實施這樣的手術,心理上會有很大壓力。


另外,在太空和火星上,體液流動也會不一樣。由于表面張力,靜脈血液可能會附著在手術器械上。漂浮的液滴也有可能形成水流,影響外科醫生的視線,這當然是我們不希望看到的。密閉船艙內的空氣循環也會帶來感染的風險。對此,外科氣泡和可排斥血液的手術工具或許有幫助。


研究人員已經開發并在微重力環境下測試了各種手術隔離艙。比如,NASA之前評估過一個密閉的系統,該系統包括一個帶有手臂端口的透明塑料手術頂蓬,旨在防止污染。


但是在繞軌道飛行或定居火星時,理想情況下,我們仍需要一個假設的“外傷救治艙”,具備輻射屏蔽、外科手術機器人、高級生命支持系統和隔離系統等功能。它將是一個專用艙,帶有過濾空氣供應和一臺協助診斷與治療的計算機。


機器人和3D打印

迄今為止,在太空實施手術的經驗表明,大量的輔助設備必不可少。但是,對于踏上火星之旅的船員來說,這是一種奢侈,因為火箭無法運載這么多的設備。因此,有人建議,不妨在火星上就地取材,用3D打印機制作手術工具。


先前沒有任何手術經驗的人員已經成功測試過這些3D打印的工具,像做手術那樣切割和縫合材料(當然不是人類身體)。使用3D打印工具(如毛巾夾、手術刀柄和有齒鑷)完成任務的時間和正常情況下所需的時間,相差不大。


火星定居點可能需要一個外傷救治艙


機器人手術是另一個選擇。機器人手術在地球上已經較為常見,而且研究人員也為星際旅行測試過機器人手術。NASA在佛羅里達礁島群的水瓶座水下實驗室內正開展一系列極端環境任務。在NEEMO 7任務期間,研究人員從另一個實驗室控制機器人,成功做了一臺手術,從假體上摘除假膽囊和腎結石。但是,太空通訊中的延遲對遠程控制而言是一大挑戰。理想的話,手術機器人需要自動實施手術。


雖然對于未來火星任務期間可能發生的外科急癥,目前研究人員已經做了大量研究和準備工作,但仍存在許多未知,尤其在涉及到診斷和麻醉時。最終,預防勝過手術。所以,挑選健康的宇航員并開發保護宇航員所需的工程解決方案,才是最好的辦法。

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