《醫(yī)療機器人》PPT課件

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1、醫(yī) 療 機 器 人 1 醫(yī) 療 機 器 人1、 醫(yī) 療 機 器 人 的 定 義 。 （ 什 么 是 醫(yī) 療 機 器 人 ？ ）2、 醫(yī) 療 機 器 人 的 分 類 和 作 用3、 研 究 醫(yī) 療 機 器 人 的 意 義4、 醫(yī) 療 機 器 人 的 研 究 現(xiàn) 狀 和 進 展 情 況5、 現(xiàn) 代 醫(yī) 療 機 器 人 應 用 圖 片 展 （ 宙 斯 醫(yī) 療 機 器 人 ， 達 芬 奇 醫(yī) 療 機 器 人 ）6、 醫(yī) 療 機 器 人 的 研 究 難 點 及 其 克 服7、 未 來 發(fā) 展 趨 勢 退 出2 1、 什 么 是 醫(yī) 療 機 器 人 ？ 3 機 器 人 ： “ 一 種 可 編 程 和 多

2、功 能 的 ， 用 來 搬 運 材 料 、 零 件 、 工 具 的 操 作 機 ； 或 是 為 了 執(zhí) 行 不 同 的 任 務 而 具 有 可 用 電 腦 改 變 和 可 編 程 動 作 的 專 門 系 統(tǒng) 。 ” （ 美 國 機 器 人 協(xié) 會 ）醫(yī) 療 機 器 人 ： 醫(yī) 療 機 器 人 是 多 學 科 研 究 和 發(fā) 展 的 成 果 ， 是 指 被 應 用 在 診 斷 、 治 療 、 康 復 、 護 理 和 功 能 輔 助 等 諸 多 醫(yī) 學 領(lǐng) 域 的 機 器 人 ， 它 具 有 機 器 人 的 一 般 特 性 和 自 我 立 即 控 制 特 性 。 退 出 4 醫(yī) 療 機 器 人 技

3、 術(shù) ：醫(yī)療機器人技術(shù)是集醫(yī)學、生物力學、機械學、機械力學、材料學、計算機圖形學、計算機視覺、數(shù)學分析、機器人等諸多學科為一體的新型交叉研究領(lǐng)域，具有重要的研究價值，在軍用和民用上有著廣泛的應用前景，是目前機器人領(lǐng)域的一個研究熱點。醫(yī)療機器人主要用于傷病員的手術(shù)、救援、轉(zhuǎn)運和康復。 退 出 5 2、 醫(yī) 療 機 器 人 的 分 類 作 用 退 出 6 機器人在應用上有兩個突出的特點：1） ： 它 能 夠 代 替 人 類 工 作 ， 代 替人 進 行 簡 單 的 重 復 勞 動 ， 代 替 人在 臟 亂 環(huán) 境 和 危 險 環(huán) 境 下 工 作 ，或 者 代 替 人 進 行 勞 動 強 度 極 大

4、 的工 種 作 業(yè) 退 出 7 2)： 是 擴 展 人 類 的 能 力 ， 它 可以 做 人 很 難 進 行 的 高 細 微 精密 的 作 業(yè) ， 以 及 超 高 速 作 業(yè)等 。 退 出 8 對 于 醫(yī) 療 機 器 人首 先 ： 它 作 為 機 器 人 的 一 種 ， 他 同 樣 具 有 上 述 特 點 （ 代 人 勞 動 以 及 代 替 人 進 行 一 些 高 精 細 或 者 強 度 大 臟 亂 差 的 活 動 ） 。 退 出 9 其 次 ： 但 是 在 此 之 外 醫(yī) 療 機 器 人 他 還 有 許 多 自 身 所 特 有 的 功 能 和 特 性 。 例 如 以 下 幾 點 ： 退 出

5、10 1） 醫(yī) 療 機 器 人 起 作 用 對 象 是 人 ， 人 體 以 及 醫(yī) 療 器 械 ， 因 此 其材 料 選 擇 和 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計 必 須 以 易消 毒 滅 菌 為 前 提 ， 安 全 可 靠 無輻 射 ，如 這 個 退 出采血機器人 11 2） 以 為 以 人 作 為 作 業(yè) 對 象 ， 性 能 必 須 滿 足 對 情 況 變 化 的 適 應 性 ，以 及 機 器 人 自 身 作 業(yè) 必 須 具 有 柔 性 退 出12 3） 醫(yī) 療 機 器 人 自 身 應 該 具 有 擴 展 功 能 的 接 口 ， 如 其 與 其 他 醫(yī) 療 及 其 任 何 醫(yī) 療 器 械 的 預 留 通 用

6、 接 口 ， 包 括 信 息 通 訊 接 口 ， 人 際 交 流 接 口 ， 臨 床 輔 助 器 材 接 口 等 。 退 出13 基 于 上 述 特 點 ， 醫(yī) 療 機 器 人 可 以 進一 步 細 分 為 ： 手 術(shù) 機 器 人 康 復 機 器 人 護 理 機 器 人 救 援 機 器 人 轉(zhuǎn) 運 機 器 人 退 出14 手 術(shù) 機 器 人 特 點 及 作 用 ： 自 身 選 位 準 確 ， 動 作 精 細 ， 避 免 病 人感 染 ， 手 術(shù) 機 器 人 可 以 有 效 地 防 止 醫(yī) 生 手 術(shù)時 手 部 的 抖 動 帶 來 的 危 險 ， 減 少 了 手 術(shù) 者 的疲 勞 ， 增 加 了

7、 精 細 操 作 的 能 力 ， 從 而 提 高 了手 術(shù) 的 安 全 性 ， 并 且 實 現(xiàn) 遠 程 會 診 和 醫(yī) 療 。 退 出15 應 用 舉 例 ： 例 如 血 管 縫 合 手 術(shù) 中 ， 人 工 很 難 實 現(xiàn)1mm一 下 的 血 管 縫 合 ， 但 是 如 果 使 用 手 術(shù)機 器 人 進 行 則 可 以 達 到 小 于 0.1mm的 精 度 ，手 術(shù) 機 器 人 進 行 手 術(shù) ， 避 免 了 醫(yī) 生 直 接 接觸 患 者 血 液 ， 大 大 的 減 少 了 醫(yī) 生 及 患 者 感染 的 危 險 。 并 且 手 術(shù) 機 器 人 也 有 很 早 的 發(fā) 展 歷 史 ，1994年

8、第 一 臺 商 業(yè) 化 手 術(shù) 機 器 人 就 在 美 國 誕 生 了 。 到 目 前 手 術(shù) 機 器 人 已 經(jīng) 不 僅 可 以用 來 完 成 普 外 科 手 術(shù) ， 還 可 以 用 來 完 成 腦神 經(jīng) 外 科 ， 心 臟 修 復 ， 膽 囊 摘 除 以 及 泌 尿科 和 整 形 外 科 等 方 面 的 手 術(shù) 。 退 出16 康 復 機 器 人 分 輔 助 性 和 治 療 康 復 型 機 器 人 兩 種 輔 助 性 康 復 機 器 人 ： 用 來 幫 助 老 人 和 殘 疾 人 更 好 的 適 應 日 常 生 活 和 工 作 ， 部 分 的 補 償 了 他 們 的 弱 化 的 機 體 功

9、 能 。 按 工 作 方 式 又 可 分 為 以 下 4種 ： 1.工 作 站 型 康 復 機 器 人 2.移 動 護 理 類 康 復 機 器 人 3.基 于 輪 椅 的 康 復 機 器 人 4.增 強 肢 體 功 能 的 康 復 機 器 人 治 療 型 康 復 機 器 人 ： 用 來 幫 助 患 者 恢 復 機 體 功 能 退 出17 對 于 康 復 機 器 人 的 研 究 ， 目 前 主 要 集 中于 康 復 機 械 手 ， 智 能 輪 椅 ， 和 醫(yī) 療 性康 復 機 器 人 等 幾 個 方 面 ?？?復 機 械 手 主 要 按 轉(zhuǎn) 載 一 個 固 定 的 控 制平 臺 上 ， 也 可

10、以 安 裝 在 輪 椅 上 ， 但 是安 裝 在 后 者 上 是 會 導 致 機 械 手 剛 性 和抓 起 精 度 的 降 低 。 這 種 機 械 手 系 統(tǒng) 一般 由 視 覺 ， 運 動 ， 傳 感 ， 導 航 及 系 統(tǒng)控 制 組 成 。 退 出18 護 理 機 器 人 作 用 ： 護 理 機 器 人 是 一 款 用 來 輔 助 護 士 完 成 護 理 工 作 ， 如 病 人 翻 身 、 更 換 床 單 等 護 理 ， 以 及 食 物 ， 藥 物 ， 醫(yī) 療 器 械 ， 病 志 的 傳 送 和 投 遞 ， 與 病 人 對 話 ， 提 供 數(shù) 據(jù) 和 影 像 支 持 等 工 作 的 機 器

11、人 。 退 出19 護 理 機 器 人 的 特 點 ： 人 機 接 口 的 柔 順 性 以 及 端 點 阻 抗 的 可 控 性 要 求比 較 高 。 這 類 機 器 人 一 般 采 用 蓄 電 池 供 電 ， 因 此要 不 斷 的 提 高 能 量 的 利 用 率 ， 以 延 長 其 工 作 時 間 ，并 且 這 類 機 器 人 行 走 和 停 靠 要 平 穩(wěn) ， 轉(zhuǎn) 向 半 徑 要小 ， 適 合 在 狹 窄 的 空 間 工 作 ； 其 機 械 手 要 有 力 學反 饋 ， 可 用 適 度 的 力 將 物 體 抓 起 或 托 起 ， 可 以 圖像 識 別 ， 有 自 主 導 航 和 具 有 一

12、定 的 判 斷 能 力 讓 機器 人 在 一 些 無 人 條 件 下 執(zhí) 行 一 些 簡 單 任 務 ， 還 有人 機 交 互 方 面 ， 讓 機 器 人 有 更 人 性 化 的 操 作 界 面 ，能 理 解 人 的 語 言 ， 手 勢 和 身 體 語 言 等 從 而 能 更 好的 理 解 操 作 人 員 的 意 圖 退 出20 救 援 機 器 人救 援 機 器 人 主 要 擔 任 危 險條 件 下 的 救 援 工 作 ， 在火 災 ， 地 震 和 戰(zhàn) 場 等 各種 場 合 下 迅 速 安 全 的 將傷 員 救 出 。 退 出21 救 援 機 器 人 的 特 點 ： 救 援 機 器 人 要工

13、作 與 復 雜 的 現(xiàn) 場 環(huán) 境 中 ， 因 此 其 結(jié) 構(gòu) 要 簡單 緊 湊 ， 運 動 要 靈 活 還 要 有 足 夠 的 動 力 足 以克 服 障 礙 把 傷 病 員 移 到 安 全 的 地 帶 ， 動 力 來源 與 蓄 電 池 的 救 援 機 器 人 ， 其 設(shè) 計 要 盡 量 減少 不 必 要 的 功 率 損 耗 ， 救 援 機 器 人 還 必 須 要有 規(guī) 避 障 礙 和 導 航 的 能 力 ， 在 人 不 能 為 其 提供 指 令 和 引 導 的 惡 劣 環(huán) 境 下 ， 能 做 出 正 確 的選 擇 ， 這 種 機 器 人 必 定 是 集 多 種 傳 感 器 于 一身 ， 并

14、且 能 對 傷 病 員 是 否 活 著 進 行 判 斷 。 這類 機 器 人 最 好 具 有 一 定 的 應 急 能 力 ， 如 供 氧 ，解 毒 和 藥 物 注 射 等 。 退 出22 轉(zhuǎn) 運 機 器 人作 用 ： 轉(zhuǎn) 運 機 器 人 主 要 用 于 危 病 重 患 者 的 特 殊 體 檢 、 挪 動 、 轉(zhuǎn) 床 、 手 術(shù) 和 麻 醉 前 后 的 接 送 和 戰(zhàn) 場 傷 病 員 的 后 送 ， 避 免 傷 病 員 的 再 受 傷 。特 點 ： 轉(zhuǎn) 運 機 器 人 在 保 證 患 者 無 痛 轉(zhuǎn) 移 的 前 提 下 ， 還 要 求 已 消 毒 滅 菌 ， 行 走 靈 活 ， 控 制 簡 單

15、， 安 全 可 靠 ， 自 動 化 程 度 好 ， 并 具 有 一 定 的 智 能 型 。 退 出23 3、 研 究 醫(yī) 療 機 器 人 的 意 義 退 出24 基 于 以 上 介 紹 的 醫(yī) 療 機 器 人 在手 術(shù) 、 醫(yī) 療 、 護 理 、 救 援 和 轉(zhuǎn)運 等 方 面 的 眾 多 特 點 和 作 用 ，因 此 發(fā) 展 醫(yī) 療 機 器 人 對 醫(yī) 療 的 現(xiàn) 代 化 和 科 技 化 有 著 重 要 意 義 。 退 出25 首 先 ， 機 器 人 手 術(shù) 無 疑 是 對 傳 統(tǒng) 外 科 手術(shù) 的 一 個 挑 戰(zhàn) ， 它 標 志 著 人 類 也 許 就要 跨 進 一 個 嶄 新 的 醫(yī) 學

16、新 時 代 ， 將 要掀 起 繼 微 創(chuàng) 外 科 以 來 的 又 一 次 新 技 術(shù)革 命 的 浪 潮 。 現(xiàn) 代 高 科 技 的 不 斷 飛 躍發(fā) 展 ， 計 算 機 技 術(shù) 、 精 密 機 械 技 術(shù) 、遠 程 通 訊 技 術(shù) 和 現(xiàn) 代 醫(yī) 學 知 識 的 結(jié) 合 ，將 開 創(chuàng) 一 個 機 器 人 醫(yī) 療 的 新 世 紀 。 可以 認 為 ， 它 帶 來 的 不 僅 是 醫(yī) 學 外 科 技術(shù) 上 的 飛 躍 ， 而 且 是 醫(yī) 學 倫 理 學 和 人類 社 會 觀 念 的 巨 變 。 退 出26 例 如 ： 醫(yī) 療 機 器 人 運 用 機 器 人 能 夠代 替 人 類 工 作 ， 代 替

17、 人 進 行 簡 單的 重 復 勞 動 ， 和 擴 展 人 類 的 能 力 ，做 人 很 難 進 行 的 高 細 微 精 密 的 作業(yè) ， 以 及 超 高 速 作 業(yè) 等 。 并 且 ，還 有 其 自 身 的 選 位 準 確 、 動 作 精細 、 避 免 病 人 感 染 等 特 點 。 帶 來醫(yī) 學 領(lǐng) 域 的 重 大 發(fā) 展 ， 譬 如 其 在血 管 縫 合 技 術(shù) 上 的 精 細 化 發(fā) 展 。 退 出27 還 有 ， 腔 鏡 手 術(shù) 支 援 機 器 人 可 以 保證 在 不 用 剖 腹 的 情 況 下 ， 只 要 在 患者 腹 部 開 幾 個 很 小 的 傷 口 ， 插 入 腔鏡 和 手

18、 術(shù) 鉗 ， 邊 看 腔 鏡 的 畫 面 邊 做腹 內(nèi) 手 術(shù) 。 這 是 一 種 低 侵 襲 手 術(shù) ， 對 患 者 來 說 這 種 手 術(shù) 具 有 刀 口 小 ， 恢 復 快 、 醫(yī) 療 費 低 等 特 點 。 退 出28 再 譬 如 ： 以 實 現(xiàn) 低 侵 襲 手 術(shù) 為 目 的 ， 一 些 企業(yè) 和 研 究 機 構(gòu) 開 始 合 作 研 究 機 器 人 手 術(shù) 鉗 。這 是 一 種 應 用 遙 控 型 機 器 人 技 術(shù) 的 高 性 能的 手 術(shù) 鉗 。 為 了 實 現(xiàn) 手 術(shù) 鉗 靈 巧 而 自 由 地改 變 作 業(yè) 方 向 ， 研 究 人 員 在 手 術(shù) 上 安 裝 了多 節(jié) 機 械

19、 關(guān) 節(jié) ， 再 通 過 操 作 系 統(tǒng) 和 作 業(yè) 功能 系 統(tǒng) ， 把 操 作 功 能 和 作 業(yè) 功 能 合 為 一 體 。這 種 系 統(tǒng) 還 可 以 和 以 往 的 手 術(shù) 機 械 并 用 ，動 作 范 圍 大 、 時 間 短 的 手 術(shù) 由 外 科 醫(yī) 生 直接 做 ， 而 對 動 作 范 圍 狹 窄 而 細 微 的 作 業(yè) ，則 用 機 器 人 手 術(shù) 鉗 去 完 成 。 退 出29 4、 醫(yī) 療 機 器 人 的 研 究 現(xiàn) 狀 和 進 展 情 況 退 出30 隨 著 科 技 的 不 斷 進 步 ， 醫(yī) 療 領(lǐng) 域 的現(xiàn) 代 化 步 伐 也 在 進 一 步 的 加 大 ， 機器 人

20、 在 醫(yī) 療 領(lǐng) 域 的 應 用 更 是 進 一 步的 得 到 了 長 足 的 發(fā) 展 ， 并 且 由 于 醫(yī)療 機 器 人 的 不 斷 廣 發(fā) 應 用 ， 也 進 一步 促 進 了 醫(yī) 療 事 業(yè) 的 更 快 的 發(fā) 展 。 退 出31 早 在 1972年 就 有 人 提 出 開 發(fā) 醫(yī) 療 用遙 控 機 器 人 的 設(shè) 想 ， 但 在 當 時 人 們普 遍 認 為 這 是 個 相 對 遙 遠 的 問 題 。然 而 ， 隨 著 原 子 能 領(lǐng) 域 、 宇 宙 開 發(fā)領(lǐng) 域 的 遙 控 機 器 人 技 術(shù) 的 發(fā) 展 以 及虛 擬 現(xiàn) 實 技 術(shù) 的 出 現(xiàn) ， 醫(yī) 療 領(lǐng) 域 也出 現(xiàn) 了

21、開 發(fā) 醫(yī) 用 機 器 人 的 熱 潮 。 32 在 1994年 時 就 出 現(xiàn) 了 第 一 臺 商 業(yè) 化的 手 術(shù) 機 器 人 ， 它 是 由 美 國computer motion公 司 研 究 的 一 臺 聲控 腹 腔 鏡 自 動 “ 扶 手 ” AESOP(伊 索機 器 人 )， 并 于 1997年 3月 在 比 利 時布 魯 塞 爾 的 一 家 醫(yī) 院 完 成 了 第 一 例腹 腔 鏡 手 術(shù) 膽 囊 切 除 。 退 出33 1998年 ， computer motion公 司 研制 的 Zeus（ 宙 斯 機 器 人 ） 系 統(tǒng) ，intuitive surgical公 司 研 制

22、 的 da Vinci（ 達 芬 奇 機 器 人 ） 和endovia公 司 研 制 的 laprotek系 統(tǒng)分 別 獲 得 成 功 。 退 出34 2001年 9月 ， Zeus（ 宙 斯 機 器 人 ）跨 過 大 西 洋 ， 從 美 國 紐 約 到 法國 斯 特 拉 斯 堡 ， 首 次 成 功 實 現(xiàn)了 機 器 人 腹 腔 鏡 膽 囊 切 除 手 術(shù) 。目 前 手 術(shù) 機 器 人 不 僅 完 成 了 普 外科 ， 還 有 腦 神 經(jīng) 外 科 ， 心 臟 修復 ， 膽 囊 摘 除 ， 人 工 關(guān) 節(jié) 置 換手 術(shù) ， 泌 尿 科 和 整 形 外 科 等 方面 的 手 術(shù) 。 退 出35 近

23、 些 年 ， 心 臟 手 術(shù) 機 器 人 、 腔鏡 手 術(shù) 支 援 機 器 人 和 機 器 人手 術(shù) 鉗 的 開 發(fā) 已 經(jīng) 到 了 成 熟階 段 ， 它 們 的 應 用 也 頗 受 人們 的 關(guān) 注 。心 臟 手 術(shù) 機 器 人 屬 于 遙 控 型 機器 人 的 一 種 。 退 出36 最 早 的 遙 控 型 機 器 人 出 現(xiàn) 于 1948年 的美 國 ， 是 用 來 處 理 放 射 性 物 質(zhì) 而 開發(fā) 的 ， 后 來 被 廣 泛 應 用 于 原 子 能 工業(yè) 。 目 前 ， 在 一 些 重 點 的 核 電 站 都裝 備 了 遙 控 操 作 的 防 災 機 器 人 。后 來 在 1972

24、年 就 有 人 提 出 把 這 種 遙 控機 器 人 應 用 于 醫(yī) 療 領(lǐng) 域 了 。 退 出37 在 咱 們 國 內(nèi) ， 海 軍 總 醫(yī) 院 和 北 航 機 器 人研 究 所 已 經(jīng) 共 同 開 發(fā) 出 了 智 能 化 遠 程外 科 手 術(shù) 系 統(tǒng) ， 被 稱 為 “ 遙 控 操 作 遠程 機 器 人 ” ， 并 且 這 種 機 器 人 已 經(jīng) 于2002年 在 海 軍 總 醫(yī) 院 首 次 成 功 的 給 一位 腦 腫 瘤 患 者 做 了 立 體 定 向 活 檢 手 術(shù) ，專 家 通 過 電 腦 網(wǎng) 絡 接 收 病 人 信 息 ， 分析 病 人 CT影 像 ， 從 而 進 行 手 術(shù) 規(guī)

25、劃 ，然 后 遙 控 操 作 手 術(shù) 室 內(nèi) 的 機 器 人 開 始手 術(shù) ， 機 器 人 分 析 專 家 的 指 令 ， 自 動搜 索 手 術(shù) 位 置 ， 并 需 素 鎖 定 立 體 穿 刺的 路 徑 。 手 術(shù) 只 進 行 了 20分 鐘 就 成 功結(jié) 束 了 。 退 出38 關(guān) 于 康 復 機 器 人 最 早 也 是 出 現(xiàn) 在 20世 紀 60年代 的 歐 洲 。有 早 期 法 國 CEA公 司 開 發(fā) 的 MASTER系 統(tǒng) ，美 國 Tolfa Corporation公 司 開 發(fā) 的 DEVAR系 統(tǒng) ， 英 國 Oxiford Intelligent Machines開發(fā) 的

26、RAID系 統(tǒng) ， 但 是 他 們 的 機 械 手 都 安裝 在 一 個 徹 底 固 化 的 控 制 平 臺 上 ， 僅 僅 只能 在 固 定 的 空 間 內(nèi) 操 作 。后 來 美 國 一 家 公 司 的 MOVAR系 統(tǒng) 和 意 大 利的 URMAD系 統(tǒng) 的 機 械 手 是 安 裝 在 輪 椅 上 ，因 輪 椅 的 移 動 而 擴 大 了 機 械 手 的 操 作 范 圍 ，但 是 卻 降 低 了 機 械 手 的 剛 性 和 抓 取 精 度 。 退 出39 關(guān) 于 康 復 機 器 人 的 進 展 ， 日 本 東京 大 學 的 S.Tachi教 授 在 MIT日 本實 驗 室 開 發(fā) 了 一

27、個 移 動 康 復 式機 器 人 MEILDOG， 而 后 歐 洲Scoula SuperloreS.Annm實 驗 室 的一 個 開 發(fā) 小 組 ， 在 URMAD系 統(tǒng)的 基 礎(chǔ) 之 上 開 發(fā) 了 MOVAID系統(tǒng) ， 此 系 統(tǒng) 具 有 自 由 避 障 功 能 ，操 作 者 還 可 以 隨 時 實 時 監(jiān) 控 和干 預 機 器 人 的 動 作 ， 此 機 器 人可 以 幫 助 病 人 完 成 食 物 加 熱 ，廚 房 打 掃 ， 床 鋪 整 理 等 工 作 。 退 出40 在 歐 洲 (目 前 致 力 于 開 發(fā) 具 有 部 分 自 主 行為 的 輪 椅 (意 大 利 的 TGRS.R

28、.L公 司 生 產(chǎn) 了 一種 結(jié) 合 輪 椅 與 小 車 結(jié) 構(gòu) 的 智 能 輪 椅 叫Explorer(在 歐 洲 SPRINT-IMMEDIATE計 劃中 修 改 為 MANUS),它 不 僅 能 在 規(guī) 則 的 地 形下 行 走 (而 且 可 以 上 下 樓 梯 . 關(guān) 于 此 方 面 機 器 人 發(fā) 展 的 最 新 方 向 的 是 美國 費 城 Pennsylvania大 學 的 P.Wellman等 人 設(shè)計 的 智 能 輪 椅 ,在 這 個 設(shè) 計 里 ,一 個 移 動 的 車輛 上 還 包 含 了 兩 個 可 以 作 為 手 和 臂 工 作 的機 械 手 41退 出 智 能 輪

29、椅 此 項 設(shè) 計 將 智 能 機 器 人 的 技 術(shù)應 用 于 電 動 輪 椅 上 ， 融 合 了 傳 感 技 術(shù) ， 機 器 視 覺 ， 機 器 人 導 航 定 位 ， 模 式 識 別 ， 及 人 機 交 互 等 先 進 的 技 術(shù) ， 強 調(diào) 人 機 互 動 和 接 口 的 自 適 應 性 。 退 出42 日 本 機 械 工 程 研 究 所 開 發(fā) 的 “ MELKONG” 護理 機 器 人 ， 專 門 用 來 照 顧 那 些 不 便 走 動 的 病 人 ，該 機 器 人 可 以 輕 松 而 平 穩(wěn) 地 將 人 從 病 床 上 托 起 。 并 將 其 送 往 衛(wèi) 生 間 ， 浴 室 或

30、餐 廳 ， 白 天 該 機 器 人 有 護 士 操 縱 ， 在 夜 間 ， 病 人 可 以 通 過 操 縱 手 中 的 手 柄 進 行 控 制 。 后 來 日 本 三 菱 公司 還 推 出 了 一 項 在 “ MELKONG” 基 礎(chǔ) 上 改 進 的 傳輸 車 輛 。 退 出43 由 于 腿 式 輪 椅 先 天 具 有 全 方 向 運 動 的 能力 ,在 不 同 的 地 形 或 惡 劣 的 環(huán) 境 下 都 能 工 作而 允 許 重 構(gòu) （ 在 靜 止 時 ， 一 個 腿 可 以 作 為操 作 手 來 用 ） 完 成 簡 單 的 接 取 物 體 或 開 門等 動 作 ， 也 得 到 了 一 定

31、的 發(fā) 展 ， 最 具 有 創(chuàng)意 的 是 法 國 Pievve Rabiscchong教 授 和 他 領(lǐng) 導的 研 究 小 組 開 發(fā) 的 Active Orthesis系 統(tǒng) ,在 下肢 肌 肉 中 植 入 電 極 ,增 加 自 然 狀 態(tài) 行 走 時 的生 理 模 式 刺 激 ,以 實 現(xiàn) 殘 疾 人 自 然 行 走 的 夢想 . 44退 出 對 于 救 援 機 器 人 的 發(fā) 展 最 早 是 在 2003年， 當 時 國 際 救 援 系 統(tǒng) 研 究 所 在 日 本 政 府 的資 助 下 開 發(fā) 出 了 一 批 可 以 在 廢 墟 上 爬 行 ，飛 行 ， 和 跳 躍 的 救 援 機 器

32、人 ， 但 是 僅 僅 是些 體 積 較 小 的 機 器 人 ， 這 些 機 器 人 一 般 裝備 有 短 波 攝 像 頭 及 感 應 器 。 在 2004年 國 際 救 援 系 統(tǒng) 研 究 所 研 制 出 了 大型 救 援 機 器 人 “ T-52En ryu” 能 輕 松 的 挪 開變 形 的 汽 車 和 坍 塌 的 建 筑 物 等 障 礙 。 退 出45 2007年 ， 美 國 Vecna公 司 研 發(fā) 除 了 戰(zhàn) 場 救 援 機 器 人“ VECNA S BEAR” ， 這 個 機 器 人 身 上 采 用 液 壓伸 縮 裝 置 ， 底 部 采 用 履 帶 式 驅(qū) 動 系 統(tǒng) ， 裝 備

33、 了 測 速儀 和 螺 旋 儀 ， 來 監(jiān) 控 身 體 一 動 ， 并 探 測 身 體 是 否 失去 平 衡 ； 電 腦 控 制 發(fā) 動 機 能 夠 隨 時 調(diào) 整 下 肢 動 作 ，從 而 有 效 地 防 止 了 他 的 摔 倒 。 “ VECNAs BEAR” 的 雙 腿 和 雙 腳 都 裝 有 履 帶 ， 從而 能 在 崎 嶇 道 路 或 樓 梯 上 自 如 行 駛 。 它 的 臀 部 、 膝蓋 和 腳 部 還 有 輪 子 ， 在 平 滑 地 面 上 ， 它 可 以 轉(zhuǎn) 換 到兩 個 輪 子 的 行 駛 模 式 ， 行 動 更 加 快 捷 。 它 還 能 靈 活地 轉(zhuǎn) 換 多 種 姿 勢

34、 ， 以 適 應 不 同 路 況 。 VECNAsBEAR身 手 敏 捷 ， 能 夠 擔 負 普 通 人 無 法擔 負 的 任 務 ， 可 以 抱 起 受 傷 士 兵 送 往 后 方 安 全 地 帶， 其 行 走 時 間 長 達 50 min。 退 出46 同 時 也 在 2 0 0 7年 ， 燕 山 大 學 王 洪 波 教 授 和 日 本 F u m i o Kasagami教 授 共 同 研 制 出 “ C-Pam” 轉(zhuǎn) 運 機器 人 ， 采 用 接 觸 點 相 對 靜 止 技 術(shù) ， 整 個 床 板 分 為四 個 獨 立 的 部 分 ， 控 制 四 個 部 分 不 同 的 運 動 速 度

35、可 以 在 一 定 的 范 圍 內(nèi) 調(diào) 節(jié) 床 板 的 角 度 ， 每 個 部 分又 分 為 上 下 兩 層 ， 每 層 由 金 屬 板 支 撐 ， 金 屬 板 上又 被 特 殊 材 料 做 成 的 環(huán) 形 帶 包 裹 著 ， 每 層 都 有 一個 電 機 ， 電 機 帶 動 環(huán) 形 帶 旋 轉(zhuǎn) ， 通 過 控 制 上 下 兩層 電 機 的 運 動 方 向 和 速 度 ， 就 可 以 實 現(xiàn) 床 板 的 行走 ， 而 且 ， 只 要 與 患 者 身 體 接 觸 了 的 部 分 就 會 處于 相 對 靜 止 的 狀 態(tài) ， 不 需 移 動 患 者 身 體 的 任 何 部分 ， 患 者 就 會 被

36、 移 動 到 床 板 上 退 出47 瑞 士 洛 桑 大 學 研 制 出 一 種 腦 外 科 手 術(shù) 機器 人 .手 術(shù) 時 患 者 的 頭 部 被 固 定 在 一 個 鋼 制框 架 內(nèi) .醫(yī) 生 通 過 CT觀 察 病 人 顱 內(nèi) 情 況 ,并 將有 關(guān) 的 手 術(shù) 數(shù) 據(jù) 輸 入 到 控 制 機 器 人 的 計 算機 中 ,計 算 機 自 動 識 別 腦 中 的 病 變 ， 并 規(guī) 劃出 通 往 病 灶 的 途 徑 ， 根 據(jù) 醫(yī) 生 的 指 令 ， 完成 病 人 頭 部 的 皮 膚 切 開 、 在 頭 蓋 骨 上 鉆 孔 、刺 穿 腦 膜 等 工 作 。 微 型 儀 器 從 2毫 米 粗

37、 的 導管 中 伸 入 到 病 變 部 位 進 行 手 術(shù) ， 這 臺 機 器人 系 統(tǒng) 能 切 除 腦 腫 瘤 、 能 用 放 射 性 光 束 殺死 腦 中 的 癌 細 胞 ， 還 能 用 導 管 破 壞 帕 金 森病 患 者 腦 中 的 有 病 細 胞 退 出48 目 前 ， 醫(yī) 療 機 器 人 的 實 際 應 用 主 要 集 中 在 外 科 手 術(shù) 領(lǐng)域 機 器 人 做 手 術(shù) 十 分 精 確 ,一 個 神 經(jīng) 外 科 大 夫 的 誤 差 精 度能 達 到 2毫 米 ,而 機 器 人 的 精 度 可 以 很 容 易 的 達 到 微 米 級 ,在追 求 精 確 和 安 全 的 今 天 ，

38、其 好 處 是 不 言 而 喻 的 ， 因 此 得 到了 廣 泛 的 研 究 和 應 用 目 前 已 經(jīng) 商 品 化 的 產(chǎn) 品 包 括 前 面 提 到 的 TOBODOC、 AESOP、 ZEUS和 Da vinci等 系 統(tǒng) ， 在 各 種 外 科 手 術(shù) 中 得到 了 廣 泛 的 應 用 。 如 TOBODOC輔 助 外 科 手 術(shù) 系 統(tǒng) 在 德 國、 澳 大 利 亞 、 西 班 牙 、 法 國 、 英 國 、 瑞 士 、 中 東 、 日 本 、韓 國 、 印 度 等 多 個 國 家 和 地 區(qū) 都 有 應 用 ， 在 日 本 大 學 和 醫(yī)院 里 就 有 7臺 ， 而 在 世 界 范

39、 圍 內(nèi) 有 近 500臺 AESOP機 器 人 在MIS中 得 到 應 用 ， 每 年 完 成 數(shù) 萬 例 手 術(shù) ， ZEUS系 統(tǒng) 在 美 國和 歐 洲 的 應 用 也 十 分 廣 泛 退 出49 隨 著 技 術(shù) 的 發(fā) 展 !機 器 人 將 向 醫(yī) 療 的 各個 領(lǐng) 域 滲 透 !將 涵 蓋 包 括 外 科 手 術(shù) 、 醫(yī) 院 服務 、 助 殘 、 家 庭 看 護 和 康 復 等 的 所 有 層 面， 開 創(chuàng) 臨 床 醫(yī) 學 的 新 天 地 各 種 新 型 醫(yī) 用 機 器 人 機 構(gòu) 、 新 型 手 術(shù)工 具 、 醫(yī) 學 圖 像 采 集 和 處 理 技 術(shù) 、 遠 程 信息 傳 輸 技

40、 術(shù) 、 智 能 傳 感 器 、 智 能 輪 椅 、 智能 康 復 設(shè) 備 及 其 它 相 關(guān) 技 術(shù) 等 仍 是 研 究 熱點 。 50退 出 此 外 ， 用 于 人 體 可 視 化 建 模 和 仿 真 ， 提供 更 好 的 了 解 人 體 生 理 組 織 和 結(jié) 構(gòu) 的 生 物機 器 人 （ Biorobotics） 將 得 到 更 深 入 的 發(fā) 展 值 得 注 意 的 是 ， 隨 著 微 型 機 電 技 術(shù)MEMS的 不 斷 深 入 發(fā) 展 !研 究 微 小 型 機 器 人甚 至 納 米 機 器 人 已 經(jīng) 不 再 是 夢 想 ， 并 具 有很 好 的 發(fā) 展 前 景 ， 它 可 以

41、直 接 進 入 人 體 器官 內(nèi) 部 進 行 工 作 ， 完 成 組 織 取 樣 、 疏 通 血管 、 藥 物 放 置 、 細 胞 操 作 等 普 通 醫(yī) 療 技 術(shù)和 手 段 無 法 完 成 的 工 作 51退 出 國 外 目 前 正 在 研 制 和 開 發(fā) 體 內(nèi) 自 主 行走 式 診 斷 治 療 、 體 內(nèi) 微 細 手 術(shù) 、 體 內(nèi) 藥 物直 接 投 放 微 形 外 科 手 術(shù) 機 器 人 ， 這 種 機 器人 由 醫(yī) 生 用 注 射 器 將 其 推 入 人 體 內(nèi) 部 !然 后由 該 系 統(tǒng) 所 攜 帶 的 微 生 物 傳 感 器 對 人 體 組織 進 行 檢 測 ， 并 把 信 號

42、 傳 送 到 系 統(tǒng) 信 息 處理 中 心 進 行 分 析 處 理 ， 當 發(fā) 現(xiàn) 有 病 變 組 織時 ， 控 制 中 心 即 發(fā) 出 信 號 ， 由 微 型 手 術(shù) 機器 人 對 病 變 組 織 進 行 直 接 手 術(shù) 治 療 和 藥 物注 射 治 療 52退 出 瑞 典 科 學 家 研 制 的 一 種 由 多 層 聚 合 物 和黃 金 制 成 的 微 型 機 器 人 ， 只 有 0.5mm長 ，0.25mm寬 ， 外 形 類 似 人 的 手 臂 ， 其 肘 部 和腕 部 很 靈 活 ， 有 24個 指 ， 這 種 微 型 機 器 人能 拿 起 肉 眼 看 不 見 的 玻 璃 球 !并 能

43、 移 動 單 個細 胞 或 捕 捉 細 菌 科 學 家 希 望 這 種 微 型 醫(yī) 用 機 器 人 能 在 血液 、 尿 液 和 細 胞 介 質(zhì) 中 工 作 ， 捕 捉 和 移 動單 個 細 胞 ， 并 成 為 微 型 手 術(shù) 器 械 53退 出 哈 爾 濱 工 業(yè) 大 學 機 器 人 研 究 所 研 制 成 功 納米 級 精 密 定 位 系 統(tǒng) ， 在 這 個 系 統(tǒng) 支 持 下 的 納 米 級高 精 密 微 驅(qū) 動 機 器 人 ， 能 對 細 胞 和 染 色 體 進 行 “顯 微 手 術(shù) ” 并 能 在 微 電 子 、 精 密 加 工 、 光 學 微 調(diào)整 、 通 訊 光 纖 對 接 等

44、精 度 要 求 較 高 的 領(lǐng) 域 一 顯 身手 。 紐 約 大 學 的 一 個 實 驗 室 也 制 造 出 一 個 納 米 級機 器 人 。 研 究 人 員 認 為 ： 將 來 ， 納 米 級 機 器 人 可在 人 體 微 觀 世 界 行 走 ， 隨 時 清 除 人 體 中 的 一 切 有害 物 質(zhì) ， 修 復 損 壞 的 基 因 ， 激 活 細 胞 能 量 ， 使 人不 僅 僅 保 持 健 康 ， 而 且 延 長 壽 命 ， 可 以 說 ， 微 小型 和 納 米 機 器 人 的 發(fā) 展 前 景 是 無 可 限 量 的 54退 出 據(jù) 日 本 藥 事 工 業(yè) 生 產(chǎn) 動 態(tài) 統(tǒng) 計 年 報

45、統(tǒng) 計 ， 1998年 日 本 國 內(nèi) 醫(yī) 療 器 械 生 產(chǎn) 額 約 為 15000億 日 元 ， 其 中 計 算機 體 層 掃 描 、 核 磁 共 振 和 超 聲 波 診 斷 裝 置 等 圖 像 診 斷 設(shè) 備占 首 位 ， 約 達 3000億 日 元 （ 含 進 口 部 分 達 3800億 日 元 ） ，腔 鏡 等 診 斷 器 械 占 第 7位 ， 約 達 900億 日 元 （ 含 進 口 部 分 達950億 日 元 ） ， 而 高 頻 手 術(shù) 刀 等 手 術(shù) 用 器 械 占 第 16位 ， 約達 180億 日 元 （ 含 進 口 部 分 達 430億 日 元 ） 。 從 上 述 數(shù) 據(jù)

46、 可以 看 出 ， 在 日 本 國 內(nèi) 能 夠 代 替 醫(yī) 生 眼 睛 進 行 診 斷 的 醫(yī) 療 裝置 發(fā) 展 速 度 較 快 ， 而 能 夠 代 替 醫(yī) 生 手 臂 進 行 醫(yī) 療 的 器 械 發(fā)展 相 對 落 后 。 所 以 ， 發(fā) 展 和 應 用 醫(yī) 療 機 器 人 勢 在 必 行 。 據(jù) 日 本 機 器 人 工 業(yè) 會 對 機 器 人 產(chǎn) 業(yè) 的 市場 預 測 表 明 ， 今 后 醫(yī) 療 與 社 會 福 利 領(lǐng) 域 作為 應 用 機 器 人 的 五 大 重 要 領(lǐng) 域 之 一 將 倍 受重 視 。 另 據(jù) 日 本 科 學 技 術(shù) 政 策 研 究 所 預 測 ，到 2017年 在 醫(yī)

47、療 領(lǐng) 域 使 用 微 型 機 器 和 機 器 人的 手 術(shù) 將 超 過 全 部 醫(yī) 療 手 術(shù) 的 一 半 。 退 出55 5、 醫(yī) 療 機 器 人 應 用 圖 片 展 56退 出 1.爬 行 攝 像 膠 囊按 照 設(shè) 計 ， 這 個 機 器人 可 攜 帶 攝 像 機 ，通 過 有 彈 性 的 “ 腿” 爬 進 患 者 的 消 化道 ， 替 代 傳 統(tǒng) 內(nèi) 窺鏡 進 行 檢 查 。 它 可用 來 檢 查 食 管 、 胃和 十 二 指 腸 內(nèi) 部 的損 傷 或 潰 瘍 情 況 ，由 意 大 利 圣 安 娜 高等 學 校 的 CRIM實驗 室 開 發(fā) 。 退 出57 2.游 動 攝 像 膠 囊這

48、 款 攝 像 膠 囊 由微 型 螺 旋 槳 驅(qū)動 ， 也 設(shè) 計 用于 檢 查 人 體 消化 系 統(tǒng) 。 在 被患 者 從 嘴 里 吞服 下 以 后 ， 它會 “ 游 動 ” 檢查 醫(yī) 生 所 懷 疑的 區(qū) 域 。 退 出58 3.遠 程 診 斷醫(yī) 生 正 通 過 RP-7醫(yī) 療機 器 人 向 護 士 詢 問患 者 病 情 。 這 款 機器 人 與 聽 診 器 、 耳鏡 和 超 聲 掃 描 儀 相連 接 ， 還 有 一 個 相機 和 一 個 屏 幕 ， 使患 者 和 遠 方 的 醫(yī) 生都 能 看 到 對 方 ， 從而 使 醫(yī) 生 可 以 最 大限 度 地 像 親 臨 現(xiàn) 場一 樣 進 行 診

49、療 。 退 出59 4.肌 肉 機 器 人 RI-MAN機 器 人 是 由 日 本 名 古 屋 理 研 生 物 模 擬 控 制 研 究 中 心 開 發(fā) 的 醫(yī) 用 搬 運 工 模 型 。 它 不 僅 有 柔 軟 、 安 全 的 外 型 ， 手 臂 和 軀 體 上 還 有 觸 覺 感 受 器 ， 使 它 能 小 心 翼 翼 地 抱 起 或 搬 動 患 者 。從 長 遠 來 看 ， RI-MAN機 器 人 能 取 代 護工 去 照 顧 老 人 或 體 弱 多 病 者 。 退 出60 5.攝 影 機 器 人在 微 創(chuàng) 手 術(shù) (即“ 鎖 孔 手 術(shù) ” )中 ， 攝 影 機 器 人FreeHand可

50、 以 讓外 科 醫(yī) 生 運 用 頭和 腳 來 控 制 腹 腔鏡 相 機 。 這 意 味著 他 們 可 以 騰 出手 來 做 手 術(shù) 。 退 出61 6.吞 服 式 機 器 人患 者 可 將 一 塊 塊 的 ARES機 器 人 (即 配 腔 內(nèi) 手 術(shù) 系 統(tǒng) ” )吞 入 腹 中 ， 或 由 醫(yī) 生 通 過 自 然 開 口 將 其 一 塊 塊 插 入 人 體 ， 接 著 ， 它 們 會 在 體 內(nèi) 自 行 組 裝 。 這 樣 一 來 ， 外 科 醫(yī) 生 在 少 切 口 或 根 本 不 用 切 口 的 情 況下 也 能 對 患 者 進 行 手 術(shù) 。 患 者 要 吞 服 15塊 不 同 的 機器

51、 人 組 件 ， 后 者 進 入 體 內(nèi) 受 損 部 位 。 一 旦 到 達 指 定位 置 ， 機 器 人 組 件 就 會 組 裝 成 一 個 能 夠 實 施 手 術(shù) 的較 大 工 具 。 退 出62 7.結(jié) 腸 診 療 機 器 人Endotics結(jié) 腸 診 療 機器 人 利 用 鉗 子 和 擴充 器 自 行 拉 動 在 腸道 內(nèi) 移 動 ， 而 不 需要 像 常 規(guī) 結(jié) 腸 鏡 那樣 由 醫(yī) 生 將 其 推 入患 者 體 內(nèi) 。Endotics機 器 人 對腸 壁 施 加 的 壓 力 更小 ， 從 而 減 輕 了 患者 的 不 適 感 。 機 器人 的 移 動 方 式 是 受尺 蠖 毛 蟲

52、的 啟 發(fā) 。 退 出63 8.超 微 機 器 人幫 助 采 血 ， 做手 術(shù) ， 鉆 入血 管 清 除 垃圾 。 并 且 實施 復 雜 的 手術(shù) 。 退 出64 美 國 科 研 人 員 研 發(fā) 出 一 種 微 型納 米 粒 子 ， 可 以 通 過 患 者 的血 流 進 入 腫 瘤 ， 然 后 釋 放 出藥 物 ， 關(guān) 掉 一 種 非 常 重 要 的癌 癥 基 因 進 而 殺 死 腫 瘤 細 胞納 米 機 器 人 利 用 納 米 技 術(shù) 制成 一 種 由 鐵 傳 遞 蛋 白 覆 蓋 的微 型 聚 合 物 機 器 人 ， 這 種 機器 人 可 以 找 到 很 多 不 同 類 型的 腫 瘤 的 受

53、 體 或 分 子 入 口 ，一 旦 粒 子 發(fā) 現(xiàn) 癌 細 胞 ， 并 進入 其 內(nèi) 部 ， 它 們 就 會 分 解 ，釋 放 出 藥 物 。 退 出65 da Vinci 系 統(tǒng) 是 世 界 上 首 套 可 以正 式 在 醫(yī) 院 手 術(shù) 室 中 使 用 的 醫(yī) 用 機器 人 手 術(shù) 器 械 ， 并 已 獲 得 歐 洲 認 證和 美 國 認 證 。該 系 統(tǒng) 的 構(gòu) 成 包 括 ：一 臺 三 維 視 像 系 統(tǒng) 的 外 科 醫(yī) 生 控 制 臺 ；三 支 可 定 位 及 精 確 地 操 控 內(nèi) 窺 鏡 的 機 械 臂 ；內(nèi) 窺 鏡 抓 持 手 等 設(shè) 備 。 下 面 我 們 就 來 介 紹 一

54、下 da Vinci機 器 人 退 出66 這 是 以 達芬 奇 機器 人 為代 表 的手 術(shù) 機器 人 的整 個 手術(shù) 操 縱進 行 平面 圖 ： 退 出67 這 是 醫(yī)生 再利 用達 芬奇 機器 人給 病人 做手 術(shù) ： 退 出68 這 是 達 芬 奇 機 器人 的 正 面 圖 片 ： 退 出69 這 是 達 芬 奇 機 器 人的 機 械 手 和 機 械臂 ， 它 共 有 4個 機械 手 臂 ， 抓 持 手是 仿 照 人 類 手 腕設(shè) 計 的 機 械 手 ，可 轉(zhuǎn) 動 ， 能 夠 做拋 擲 、 擺 動 、 緊握 等 動 作 。 共 有 7個 自 由 度 ， 可 完成 人 手 不 能 完 成

55、的 很 多 高 難 度 動作 ， 大 大 增 加 了手 術(shù) 可 覆 蓋 的 區(qū)域 。 退 出70 手 術(shù) 中 ， 醫(yī) 生坐 在 控 制 臺前 ， 通 過 觀察 計 算 機 畫面 上 被 放 大 10倍 的 病 人 體內(nèi) 組 織 的 三維 影 像 ， 操作 控 制 桿 來完 成 手 術(shù) ，并 可 模 擬 醫(yī)生 的 手 部 動作 。 退 出71 這 是 達 芬奇 機 器人 的 控制 臺 ： 退 出72 這 是 達 芬 奇機 器 人 的操 作 手 柄 ，在 操 作 時用 力 要 輕柔 ， 否 則會 出 現(xiàn) 操作 中 斷 現(xiàn)象 。 退 出73 這 是 達 芬奇 機 器 人的 目 鏡 ，計 算 機 畫面

56、 上 被 放大 10倍 的病 人 體 內(nèi)組 織 的 三維 影 像 退 出74 這 是 達 芬 奇 機 器 人 的 腳 踏 控 制 板 ， 從 左 至 右 依 次 為 ：CLUTC： 再 不 活 動 機 械 臂 的 情 況 下 可 自 由 操 作 手 柄 位 置 ，以 方 便 操 作CAMERA： 可 以 調(diào) 整 腹 腔 鏡 位 置空 白 ： 電 切 ： 電 凝 退 出75 將 腹 腔 鏡 裝載 機 械 臂上 退 出76達 芬 奇 機 器 人所 用 的 腹 腔 鏡要 比 普 通 的 腹腔 鏡 大 由 于 時 間 關(guān) 系 ， 關(guān) 于 （ 宙 斯 ） 機器 人 就 不 多 講 了 ， 這 里 之 舉

57、 一 個 例 子 來 說明 它 的 強 大 之 處 ： 年 美 國 公 司 在 其 研 制的 語 音 控 制 外 科 手 術(shù) 機 器 人 （ 伊 索 ） 的 基 礎(chǔ) 之 上 開 發(fā) 出 了 （ 宙 斯 ） 機 器 人 。 機 器 人 有 個 機 械 手 臂 ， 一 個 用來 監(jiān) 控 內(nèi) 窺 鏡 位 置 ， 其 他 兩 個 用 來 定 位 。其 共 有 個 自 由 度 ， 個 用 于 姿 態(tài) 調(diào)整 ， 個 用 于 優(yōu) 化 ， 個 姿 態(tài) 自 由 度 控 制中 ， 各 有 電 機 驅(qū) 動 ， 另 兩 個 無 動 力 退 出77 年 月 日 ， 法 國 醫(yī) 生 雅 克 馬 雷 斯 科 領(lǐng)導 的 來

58、自 消 化 系 統(tǒng) 癌 癥 研 究 學 會 的 一 個 醫(yī) 療 小 組在 美 國 紐 約 為 遠 在 法 國 斯 特 拉 斯 堡 的 病 人 進 行 了膽 囊 摘 除 手 術(shù) ， 這 次 被 命 名 為 “ 林 白 手 術(shù) ” 的 超遠 程 （ 跨 越 公 里 ） ， 遙 控 手 術(shù) 由 法 國 電信 公 司 提 供 專 用 網(wǎng) 絡 通 訊 支 持 ， 成 功 地 將遠 程 信 號 反 饋 的 時 間 降 低 為 毫 秒 （ 一 般 毫 秒 內(nèi) 時 間 延 時 可 以 接 受 ， 毫 秒 內(nèi) 為安 全 延 時 ） ， 醫(yī) 生 在 美 國 紐 約 通 過 網(wǎng) 絡 遠 程 遙 控在 法 國 手 術(shù)

59、 室 中 的 宙 斯 醫(yī) 用 機 器 人 首 先 把 裝 有 微型 光 纖 攝 像 頭 的 內(nèi) 窺 鏡 導 入 病 人 的 腹 部 !然 后 使 用解 剖 刀 和 鑷 子 摘 除 了 可 疑 的 膽 囊 組 織 ， 整 個 手 術(shù)僅 耗 時 分 鐘 ， 并 且 十 分 成 功 。 退 出78 下 面 是 咱 們 國 家 的 遠 程 機 器 人 手 術(shù) ：咱 們 全 國 首 臺 機 器 人 異 地 遙 控 手 術(shù) ， 在 北 京 海軍 總 醫(yī) 院 和 沈 陽 之 間 進 行 ， 兩 地 之 間 相 隔 公 里 ， 上 午 點 整 腦 部 手 術(shù) 開 始 ， 點 ， 機 器 人 成 功 從 病 人

60、 腦 中 抽 出 毫 升 血 液 ， 點 分 手 術(shù) 成 功 完 成 。 整個 過 程 的 延 時 為 秒 鐘 。 （ 和 剛 才 的 公 里 毫 秒 的 延 時 相 比 ） 退 出79 6、 醫(yī) 療 機 器 人 的 研 究 難 點 及 其 克 服 退 出 80 外 科 手 術(shù) 機 器 人 的 研 究 涉 及 眾 多 領(lǐng) 域的 知 識 ， 關(guān) 鍵 技 術(shù) 包 括 ： 手 術(shù) 機 器人 、 醫(yī) 學 三 維 圖 像 建 模 技 術(shù) 、 虛 擬手 術(shù) 仿 真 技 術(shù) 、 遙 操 作 網(wǎng) 絡 傳 輸 技術(shù) 等 。 退 出81 對 于 手 術(shù) 機 器 人1.要 求 選 擇 合 適 的 機 構(gòu) 形 式 ，

61、 串 聯(lián) 機 構(gòu) 由 于 運 動 范 圍 大、 動 作 靈 巧 ； 并 聯(lián) 機 構(gòu) 由 于 結(jié) 構(gòu) 緊 湊 、 剛 性 好 、 精 度 高 、運 動 范 圍 小 . 將 串 、 并 聯(lián) 結(jié) 合 ， 是 未 來 醫(yī) 用 機 器 人 機 構(gòu) 發(fā)展 的 一 個 趨 勢 !2.小 型 化 ， 結(jié) 構(gòu) 緊 湊 ， 便 于 安 裝 和 維 修 。3.據(jù) 實 際 要 求 可 以 選 擇 有 動 力 或 無 動 力 ， 無 動 力 一 般 用 于 手術(shù) 導 航 或 定 位 ， 同 時 具 有 較 高 的 安 全 性 。4.符 合 醫(yī) 生 的 操 作 習 慣 ， 設(shè) 計 前 應 充 分 了 解 手 術(shù) 過 程

62、， 各 機構(gòu) 適 合 手 術(shù) 的 特 點 ， 便 于 操 作 。5.方 便 消 毒 ， 保 證 系 統(tǒng) 的 安 全 性 。 退 出82 醫(yī) 學 三 維 圖 像 建 模 技 術(shù) 基 于 x-RAY、 CT、 M 、 等 醫(yī) 學 圖 像進 行 建 模 ， 并 基 于 圖 像 進 行 標 定 和 手 術(shù) 規(guī)劃 是 醫(yī) 療 機 器 人 的 又 一 關(guān) 鍵 技 術(shù) ， 計 算 機 利 用 這 些圖 像 信 息 進 行 三 維 圖 像 重 建 ， 為 外 科 醫(yī) 生 進 行 手 術(shù)模 擬 、 手 術(shù) 導 航 、 手 術(shù) 定 位 、 制 定 手 術(shù) 方 案 提 供 客觀 、 準 確 、 直 觀 、 科 學

63、的 信 息 ! 同 時 由 于 這 些 圖 像 信息 具 有 準 確 性 和 可 靠 性 ， 也 被 作 為 醫(yī) 療 機 器 人 、 特別 是 手 術(shù) 支 援 機 器 人 的 控 制 信 息 源 退 出83 虛 擬 手 術(shù) 仿 真 技 術(shù) 在 臨 床 上 不 經(jīng) 任 何 檢 測 而 直 接 應 用 機 器人 進 行 手 術(shù) 的 風 險 性 非 常 高 ， 最 好 的 檢 測方 法 就 是 建 立 一 套 虛 擬 手 術(shù) 仿 真 系 統(tǒng) ， 按照 手 術(shù) 策 略 在 計 算 機 上 形 象 化 地 預 演 整 個手 術(shù) 過 程 ， 不 斷 地 發(fā) 現(xiàn) 不 足 ， 糾 正 錯 誤 ，直 到 仿 真

64、 效 果 達 到 預 期 目 標 時 再 進 行 真 正的 手 術(shù) 操 作 退 出84 遙 操 作 網(wǎng) 絡 傳 輸 技 術(shù) （ ） 實 時 性 問 題 機 器 人 遠 程 外 科 手 術(shù) 系 統(tǒng) 應 有臨 場 感 等 反 饋 功 能 ， 目 前 ， 最 主 要 問 題 在 于 網(wǎng) 絡 延時 造 成 的 控 制 指 令 與 機 器 人 做 出 反 應 之 間 存 在 的 時間 差 ， 這 樣 的 問 題 也 同 時 存 在 于 醫(yī) 生 看 到 反 饋 的 視頻 畫 面 和 感 受 反 饋 力 的 時 候 ， 控 制 滯 后 過 久 ， 或 者電 視 畫 面 、 力 反 饋 出 現(xiàn) 不 同 步 都

65、 會 破 壞 醫(yī) 生 的 同 步感 ， 增 加 手 術(shù) 的 危 險 性 （ ） 通 信 協(xié) 議 。 有 和 兩 種 ， 協(xié) 議 不 會 發(fā) 生 數(shù) 據(jù) 包 丟 失 問 題 但 是 有 不 確 定 的 時 延問 題 ， 克 服 了 的 缺 陷 但 是 卻 容 易 造 成數(shù) 據(jù) 丟 失 。 退 出85 （ ） 控 制 策 略 除 了 提 高 網(wǎng) 絡 帶 寬 和 協(xié)議 性 能 ， 還 可 以 在 控 制 層 面 上 應 用 一 些 方法 來 改 善 數(shù) 據(jù) 傳 輸 質(zhì) 量 ， 如 直 接 控 制 、 監(jiān)督 控 制 、 預 測 顯 示 控 制 、 基 于 事 件 的 智 能控 制 、 無 源 性 及

66、耗 散 理 論 等 。 退 出86 未 來 發(fā) 展 趨 勢 退 出 87 隨 著 技 術(shù) 的 發(fā) 展 ， 機 器 人 將 向 醫(yī) 療 行 業(yè) 的 各個 領(lǐng) 域 滲 透 ， 將 涵 蓋 包 括 外 科 手 術(shù) 、 醫(yī) 院 服 務 、助 殘 、 家 庭 看 護 和 康 復 等 的 所 有 層 面 ， 開 創(chuàng) 臨 床醫(yī) 學 的 新 天 地 ， 如 各 種 類 型 的 手 術(shù) 機 器 人 、 機 器人 手 術(shù) 專 用 工 具 、 醫(yī) 院 服 務 自 主 車 輛 系 統(tǒng) 、 虛 擬培 訓 系 統(tǒng) 、 智 能 輪 椅 、 智 能 康 復 設(shè) 備 等 ! 另 外 ，隨 著 微 型 機 電 技 術(shù) （ ） 的 不 斷 深 入 發(fā) 展， 微 小 型 機 器 人 的 發(fā) 展 也 具 有 很 好 的 應 用 前 景 ，它 可 以 直 接 進 入 人 體 器 官 內(nèi) 部 進 行 手 術(shù) 和 其 他 工作 ， 如 完 成 組 織 取 樣 、 疏 通 血 管 、 檢 測 、 藥 物 放置 、 細 胞 捕 捉 等 工 作 ， 此 外 ， 納 米 級 的 機 器 人和 生 物 機 器 人 也 將 成 為 現(xiàn) 實 ，