医用机器人学习.pptx

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1、名名 称称 医用机器人 英文名英文名 Medical Robot简简 介介 医用机器人是一种智能型服务机器人，它能独自编制操作计划，依据实际情况确定动作程序，然后把动作变为操作机构的运动。因此，它有广泛的感觉系统、智能、模拟装置（周围情况及自身机器人的意识和自我意识），从事医疗或辅助医疗工作。第1页/共42页突破性发展突破性发展1985 年，出现了基于工业机器人平台的外科机器人。美国的Kwoh YS等采用Puma560工业机器人完成了脑组织活检中探针的导向定位。1987年，美国ISS公司推出了NeumMate机器人系统，采用机械臂和立体定位架来完成神经外科立体定向手术中的导向定位1989年，英

2、国的皇家学院机器人技术中心利用改进的6自由度Puma机器人，开展了前列腺切除术，大大缩短了手术操作时间。第2页/共42页1994年，美国Computer Motion公司推出了第一种能够用于微创手术的医用机器人产品Aesop(伊索)机器人。Aesop具有7个自由度，能够模仿人类手臂的姿态和功能，有效辅助医生抓持和操作内窥镜设备，在心脏、胸外、脊柱等多种外科领域有广泛应用。1995年，Zeus(宙斯)系统实现了医生远距离控制从端机器人进行精细的手术操作和稳定的器械抓持等动作。Zeus系统采用纯信号方式实现医生操纵台对机器臂的控制，在传输距离上不受视频延迟的影响。1997年，国内研制了基于Puma

3、262的脑外科机器人辅助定位系统。突破性发展突破性发展第3页/共42页1997年，美国Intuitive Surgical公司推出了Da Vinci(达芬奇)系统。2001 年，以色列Mazor 公司推出了小型并联的脊柱外科机器人SpineAssist，高度不足70mm，质量不过200 g，可直接安装在骨骼上，显著提高了定位精度和稳定性。2004 年，北京航空航天大学与北京积水潭医院联合研制了具有 6 个自由度的小型模块化机器人系统，该机器人结构紧凑，可术中快速装拆，适合于长骨骨折、股骨颈骨折和骨盆骨折等临床适应症。突破性发展突破性发展第4页/共42页2006 年 3 月，北京积水潭医院与北京

4、航空航天大学合作，利用小型模块化机器人，在北京和延安之间完成了国内第一例长骨骨折髓内钉内固定远程遥操作手术，提出并实现了基于窄带网络的远程规划理念，从而在一定程度上降低了远程遥外科对网络配置的要求。突破性发展突破性发展第5页/共42页运送药品机器人运送药品机器人 运送药品机器人可代替护士送饭、送病例和化验单等，较为著名的有美国TRC公司的Help Mate机器人。第6页/共42页移动病人机器人移动病人机器人 移动病人机器人主要帮助护士移动或运送瘫痪、或行动不便的病人，如英国的PAM机器人。第7页/共42页临床医疗用机器临床医疗用机器人人 临床医疗用机器人包括外科手术机器人和诊断与治疗机器人，可

5、以进行精确的外科手术或诊断，如日本的WAPRU-4胸部肿瘤诊断机器人；美国的“达芬奇系统”，在医生操纵下，可以精确完成心脏瓣膜修复手术和癌变组织切除手术。第8页/共42页康复机器人康复机器人康复机器人又叫为残疾人服务的机器人，可以帮助残疾人恢复独立生活能力，如美国的Prab Command系统。第9页/共42页护理机器人护理机器人英国科学家正在研发一种护理机器人，能用来分担护理人员繁重琐碎的护理工作。它将帮助医护人员确认病人的身份，并准确无误地分发所需药品。将来，护理机器人还可以检查病人体温、清理病房，甚至通过视频传输帮助医生及时了解病人病情。第10页/共42页医用教学机器人医用教学机器人 医

6、用教学机器人是理想的教具。美国医护人员目前使用一部名为“诺埃尔”的教学机器人，它可以模拟即将生产的孕妇，甚至还可以说话和尖叫。通过模拟真实接生，有助于提高妇产科医护人员手术配合和临场反应。第11页/共42页全球9 9款最先进的医用机器人爬行摄像胶囊机器人游动摄像胶囊机器人远程诊断机器人肌肉机器人摄影机器人前列腺诊疗机器人吞服式机器人结肠诊疗机器人采血机器人。第12页/共42页爬行摄像胶囊机器人第13页/共42页爬行摄像胶囊机器人这个受蠕虫启发而开发的这个受蠕虫启发而开发的“摄像胶囊摄像胶囊”机器人可携带摄像机，通机器人可携带摄像机，通过有弹性的过有弹性的“腿腿”爬进患者的消化道，替代传统内窥镜

7、进行检查。它可用爬进患者的消化道，替代传统内窥镜进行检查。它可用来检查食管、胃和十二指肠内部的损伤或溃疡情况，来检查食管、胃和十二指肠内部的损伤或溃疡情况，还可以还可以“爬爬”进肠道进肠道治病治病。这款机器人。这款机器人由意大利圣安娜高等学校的由意大利圣安娜高等学校的CRIM实验室实验室所所开发开发的的。第14页/共42页游动摄像胶囊机器人第15页/共42页游动摄像胶囊机器人这款游动摄像胶囊机器人由微型螺旋桨驱动，这款游动摄像胶囊机器人由微型螺旋桨驱动，其其设计用于检查人体消设计用于检查人体消化系统。化系统。该游动摄像胶囊机器人该游动摄像胶囊机器人在被患者从嘴里吞服下以后，它会在被患者从嘴里吞

8、服下以后，它会接收医生接收医生传递的指令，传递的指令，“游动游动”检查医生所怀疑的区域。检查医生所怀疑的区域。第16页/共42页机器人远程诊断第17页/共42页如图所示，一个护士正通过如图所示，一个护士正通过RP-7医疗机器人向护士咨询医生。除了医疗机器人向护士咨询医生。除了有一个摄像头和屏幕可以让病人和医生看到彼此外，这个机器人还可以连接到有一个摄像头和屏幕可以让病人和医生看到彼此外，这个机器人还可以连接到听诊器、耳镜和超声波扫描仪听诊器、耳镜和超声波扫描仪，从而使医生可以最大限度地像亲临现场一样进从而使医生可以最大限度地像亲临现场一样进行诊疗。这样远程的诊断能够达到与面对面的听诊近乎一样的

9、效果。行诊疗。这样远程的诊断能够达到与面对面的听诊近乎一样的效果。远程诊断机器人第18页/共42页肌肉机器人第19页/共42页RI-MAN机器人是由日本名古屋理研生物模拟控制研究中心开发的医用搬运机器人是由日本名古屋理研生物模拟控制研究中心开发的医用搬运工模型。它的身高为工模型。它的身高为158158厘米，重量为厘米，重量为100100公斤公斤，不仅有柔软、安全的外型，不仅有柔软、安全的外型，其其其手臂其手臂和躯干上安装的接触传感器能够产生感应，使它和躯干上安装的接触传感器能够产生感应，使它接收接收相应的指令相应的指令后后能小心翼翼地抱起能小心翼翼地抱起或搬动患者。从长远来看，或搬动患者。从长

10、远来看，RI-MAN机器人可实现抬举搬运患者，能取代护工去照顾机器人可实现抬举搬运患者，能取代护工去照顾老人或体弱多病者。老人或体弱多病者。肌肉机器人第20页/共42页摄影机器人第21页/共42页在微创手术在微创手术(即即“锁孔手术锁孔手术”)”)中，中，摄影机器人摄影机器人 FreeHand 可以让外科医可以让外科医生运用头和脚来控制腹腔镜相机。这生运用头和脚来控制腹腔镜相机。这意味着他们可以腾出手来做手术。意味着他们可以腾出手来做手术。摄影机器人第22页/共42页前列腺诊疗机器人第23页/共42页根据设计，根据设计，Probot机器人可以让外科医生准确地切除肥大的前列腺，机器人可以让外科医

11、生准确地切除肥大的前列腺，将对患者造成的伤痛降至最小程度。外科医生只需指定要切除的前列腺部分，将对患者造成的伤痛降至最小程度。外科医生只需指定要切除的前列腺部分，无需进一步干预，机器人即可自动将其切除。无需进一步干预，机器人即可自动将其切除。前列腺诊疗机器人第24页/共42页吞服式机器人第25页/共42页患者可将一块块的患者可将一块块的ARESARES 机器人机器人(即即“可重构装配腔内手术系统可重构装配腔内手术系统”)”)吞入腹中，吞入腹中，或由医生通过自然开口将其一块块插入人体，接着，它们会在体内自行组装。这样一或由医生通过自然开口将其一块块插入人体，接着，它们会在体内自行组装。这样一来，

12、外科医生在少切口或根本不用切口的情况下也能对患者进行手术。患者要吞服来，外科医生在少切口或根本不用切口的情况下也能对患者进行手术。患者要吞服1515块不同的机器人组件，后者进入体内受损部位。一旦到达指定位置，机器人组件就会块不同的机器人组件，后者进入体内受损部位。一旦到达指定位置，机器人组件就会组装成一个能够实施手术的较大工具。组装成一个能够实施手术的较大工具。吞服式机器人第26页/共42页结肠诊疗机器人第27页/共42页Endotics结肠诊疗机器人利用钳子和扩充器自行拉动在肠道内移动，结肠诊疗机器人利用钳子和扩充器自行拉动在肠道内移动，而不需要像常规结肠镜那样由医生将其推入患者体内。而不需

13、要像常规结肠镜那样由医生将其推入患者体内。Endotics机器人对肠机器人对肠壁施加的压力更小，从而减轻了患者的不适感。机器人的移动方式是受尺蠖毛壁施加的压力更小，从而减轻了患者的不适感。机器人的移动方式是受尺蠖毛虫的启发。虫的启发。结肠诊疗机器人第28页/共42页采血机器人第29页/共42页顾名思义，采血机器人顾名思义，采血机器人Bloodbot用于采集血样，由英国伦敦大学帝国学用于采集血样，由英国伦敦大学帝国学院的研究人员亚历克斯院的研究人员亚历克斯奇瓦诺维奇奇瓦诺维奇(AlexZivanovic)和布赖恩和布赖恩戴维斯戴维斯(BrianDavies)开发。开发。20092009年年121

14、2月月2323日，伦敦亨特里恩博物馆日，伦敦亨特里恩博物馆(Hunterian Museum)将公开展出将公开展出Bloodbot及其它机器人。及其它机器人。采血机器人第30页/共42页Da Vinci机器人2000年1月9日，美国Intuitive Surgical公司成功开发出Da Vinci(达芬奇)外科手术机器人系统，它是目前为数不多的商品化的使用技术之一。达芬奇外科手术系统是一种高级机器人平台（简称达芬奇机器人），其设计的理念是通过使用微创的方法，实施复杂的外科手术。达芬奇外科手术系统包括一个外科医生控制台、多功能手术床、各种手术器械和图像处理设备。手术医生在控制台上通过主手(复制医

15、生的运动)操作机器人动作，通过脚踏板来控制高质量的视觉系统。多功能手术床包括2个机器人手臂和一个内窥镜挟持手臂为避免损伤患者微细组织和神经，内窥镜手臂在手术切口1cm 上回转。临床手术中，达芬奇机器人以应用于实施胸腺切除术、肺大泡结扎术、膈疝修补术、食管裂孔疝修补术、肺叶切除术等20余台手术 第31页/共42页第32页/共42页 这一部分是达芬奇机器人的控制中心，机器人操作员坐在无菌区外，用手或脚来控制机器人和一个3D内窥镜。外科医生控制台 第33页/共42页 这一部分是达芬奇机器人的操作部位，为机械臂和内窥镜臂提供支撑，和病人直接接触，需要无菌。各种手术器械和多功能手术床第34页/共42页

16、这一部分内装有图像处理系统，在手术过程中由一名无需在无菌区的人员操作。图像处理设备第35页/共42页达芬奇机器人优点达芬奇机器人优点1、从患者角度：（1）手术操作更精确，与胸腔镜（二维视觉）相比，因三维视觉可放大10-15倍，使手术精确度大大增加，术后恢复快，愈合好。（2）创伤更小使微创手术指征更广；减少术后疼痛；缩短住院时间；减少失血量；减少术中的组织创伤和炎性反应导致的术后粘连；增加美容效果；更快投入工作。（3）术中对机体损伤大大减小。2、从术者角度：增加视野角度；减少手部颤动；机器人“内腕”较胸腔镜更为灵活，能以不同角度在靶器官周围操作；较人手小，能够在有限狭窄空间工作；使术者在轻松工作

17、环境工作，减少疲劳更集中精第36页/共42页中国第一台医用机器人主刀手术台中国第一台医用机器人主刀手术台1997年5月5日下午，由海军总医院与北京航空航天大学机器人研究所共同研制成功的第一台医用机器人，在两名医生和一名计算机专家的共同指令下首次完成立体定向颅咽管瘤内放射治疗术，从而掀开我国医用外科机器人前沿课题新的一页。启用机器人替代医生手工操作的原因，该医院神外中心医生认为是基于四个考虑：一是机器人定位更加精确，减少人为误差；二是可以代替医务人员进行有损害的操作，如注入放射性同位素；三是机器人定位时间短、定位精、创伤小；四是机器人可以预模拟手术操作、选择最佳入路手术方案等。第37页/共42页

18、机器人在实施手术机器人在实施手术机器人在实施手术机器人在实施手术主治医生与患者主治医生与患者主治医生与患者主治医生与患者第38页/共42页我国自主研发出首台医疗机器人我国自主研发出首台医疗机器人 2010年我国第一台完全自主知识产权的医疗机器人“骨科导航机器人”获得了国家医疗器械注册许可证，今年已应用于临床治疗。这台机器人1米高，上面有两只可移动的机械臂。大夫将导针和空心钉安在机械臂上，机械臂会根据电脑指令自动调整好位置和角度。大夫需要做的仅仅是，在手术前根据一张患者患处的电子三维图做好规划。我国每年都有病患者因为股骨颈手术失败，导致股骨头坏死而瘫痪或死亡。如今，使用骨科导航机器人，手术中拍X光片的平均次数为次，比传统方法少了40次以上，而且植入精度在毫米以内，一次成功率100%。第39页/共42页第40页/共42页Thank you！第41页/共42页感谢您的观看！第42页/共42页