医用机器人技术与发展

2020
05/12

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大健康产业网
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最全面的医用机器人分析来了,赶紧来看看吧!

掌握科技,才能赢得未来,世界各国深谙其理。在人工智能高速发展的大环境下,医疗行业的智能化升级成为各国极为关注的重点。其中,医疗机器人便是竞争激烈的技术和战略布局关键。

医用机器人的定义

医用机器人,是指用于医院、诊所的医疗或辅助医疗的机器人。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。医用机器人,可识别周围情况及自身即机器人的意识和自我意识,从事医疗或辅助医疗等工作。

机器人(robot)来源于科幻小说,主要作用能够代替人类工作,代替人进行简单的重复劳动,代替人在脏乱环境和危险环境下工作,或者代替人进行劳动强度极大的工种作业;扩展人类的能力,可以做人很难进行的高细微精密的作业,以及超高速作业等。

根据用途,医用机器人大致分为:手术机器人、康复机器人、 护理机器人、救援机器人、转运机器人、阅片机器人、辅助机器人(诊断、操作等)。

手术机器人

手术机器人是一组器械的组合装置。它通常由一个内窥镜(探头)、刀剪等手术器械、微型摄像头和操纵杆等器件组装而成。

目前使用中的手术机器人的工作原理是通过无线操作进行的外科手术,即医生坐在电脑显示屏前,通过显示屏和内窥镜仔细观察病人体内的病灶情况,然后通过机器人手中的手术刀将病灶精确切除(或修复)。

特点:

■ 自身定位准确,

■ 动作精细,

■ 避免病人感染,

■ 有效防止医生手术时的手动引起的抖动带来的危险,

■ 减少手术疲劳,提高安全性,

■ 易实现远程治疗和会诊。

康复机器人

康复机器人作为医疗机器人的一个重要分支,康复医学、生物力学、机械学、机械力学、电子学、材料学、计算机科学以及机器人学等诸多领域,已经成为了国际机器人领域的一个研究热点。

康复的含义是在受创伤或得病后恢复患者肢体或器官的正常的形状或功能。康复工程就是致力于为患者提供此类辅助装置。把先进的机器人技术引入到康复工程中的康复机器人,体现了康复医学和机器人技术的完美结合。

康复机器人分为:辅助性和治疗性两种。

辅助型康复机器人是帮助病人、老人、残疾人更好的的适应日常生活和工作,部分补偿其弱化的功能。

治疗型康复机器人恢复病人、老人、残疾人的部分机能,更好的的适应日常生活和工作。

康复工程就是致力于为患者提供此类辅助装置。把先进的机器人技术引入到康复工程中的康复机器人,体现了康复医学和机器人技术的完美结合。目前,康复机器人已经广泛地应用到康复护理、假肢和康复治疗等方面,这不仅促进了康复医学的发展,也带动了相关领域的新技术和新理论的发展 。康复机器人主要有智能轮椅、康复机械手等。

护理机器人

护理机器人具有视觉、听觉、嗅觉等能力,是辅助护士完成护理工作,如帮助病人翻身、更换床单、以及递送食物、药物、人机对话,病房巡视等,或能背起(或抱起)老人,能照顾老年人,病人或残疾人,功能将更加全面和智能,服务也更人性化。

救援机器人

救援机器人主要担任危险条件下的救援工作,在火灾,地震和战场等各种场合下迅速安全的将伤员救出。

转运机器人

主要用于危病重患者的特殊体检、挪动、转床、手术和麻醉前后的接送和战场伤病员的运送,避免伤病员的再受伤。

特点:转运机器人在保证患者无痛转移的前提下,还要求已消毒灭菌,行走灵活,控制简单,安全可靠自动化程度高,并具有一定的智能。

辅助机器人

辅助诊断:2015年 IBM推出Watson Health(沃森机器人医生);辅助操作:中医领域的应用,针灸、按摩;帮助采血,做手术,钻入血管清除垃圾。并且实施复杂的手术。

医用机器人关键技术

医用机器人本体、医学三维图像建模技术、虚拟手术仿真技术、遥操作网络传输技术等。

医用机器人本体-手术、康复、假肢等

■ 要求选择合适的机构形式,串联机构由于运动范围大、动作灵巧;并联机构由于结构紧凑、刚性好、精度高、运动范围小. 将串、并联结合,是医用机器人研究和应用的关键技术

■ 小型化,结构紧凑,便于安装和维修。

■ 据实际要求可以选择有动力或无动力,带有多种传感器,具有感知能力

■ 符合用户的使用习惯,例如需要符合医生手术习惯,需要符合人体工程学等。

■ 方便消毒,保证系统的安全性。

医学三维图像建模技术-外科、诊断等:

基于x-RAY、CT、MRI、RET 等医学图像进行3D 建模,并基于3D 图像进行标定和手术规划是医疗机器人的又一关键技术,计算机利用这些图像信息进行三维图像重建,为外科医生进行手术模拟、手术导航、手术定位、制定手术方案提供客观、准确、直观、科学的信息。同时由于这些图像信息具有准确性和可靠性,也被作为医疗机器人,特别是手术支援机器人的控制信息源。

虚拟手术仿真技术-训练

在临床上不经任何检测而直接应用机器人进行手术的风险性非常高, 最好的检测方法就是建立一套虚拟手术仿真系统,按照手术策略在计算机上形象化地预演整个手术过程,不断地发现不足,纠正错误,直到仿真效果达到预期目标时再进行真正的手术操作。

遥操作网络传输技术

■ 实时性问题

机器人远程外科手术系统应有临场感等反馈功能,目前,最主要问题在于网络延时造成的控制指令与机器人做出反应之间存在的时间差,这样的问题也同时存在于医生看到反馈的视频画面和感受反馈力的时候, 控制滞后过久,或者电视画面、力反馈出现不同步都会破坏医生的同步感,增加手术的危险性。

■ 通信协议

有TCP和UDP两种,tcp协议不会发生数据包丢失问题但是有不确定的时延问题,udp克服了tcp的缺陷但是却容易造成数据丢失。

■ 控制策略

除了提高网络带宽和协议性能,还可以在控制层面上应用一些方法来改善数据传输质量,如直接控制、监督控制、预测显示控制、基于事件的智能控制、无源性及耗散理论等。

未来发展趋势

■ 积累数据和经验:影像、定位与标定、建模与训练。

■ 降低成本:机器人本省、诊断和检查环节等

■ 使用新技术成果:新型材料、型结构等。

■ 人员培养

■ 准入与立法

原标题:【理实学院】医用机器人技术与发展

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