第十一章复习题

第十一章复习题

一．.医疗机器人技术是集医学、生物力学、机械学、机械力学、材料学、计算机图形学、计算机视觉、数学分析、机器人等诸多学科为一体的新型交叉研究领域，具有重要的研究价值，有着广泛的应用前景，是目前机器人领域的一个研究热点。医疗机器人主要用于伤病员的手术、救援、转运和康复。

二．医疗机器人的特点：

除了机器人共有的特点即：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，它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。

还有:医疗机器人定位和操作精确、手术微创化、可靠性强，而且能够突破手术禁区，进行远程手术，从而减轻医生的劳动强度，避免接触放射线或者烈性传染病病原。

①其作业环境一般在医院、街道、家庭及非特定的多种场合，具有移动性与导航、识别及规避能力，以及智能化的人机交互界面。在需要人工控制的情况下，还要具备远程控制能力。

②医疗机器人的作业对象是人、人体信息及相关医疗器械，需要综合工程、医学、生物.药物及社会学等各个学科领域的知识开展研究课题.

③ 医疗机器人的材料选择和结构设计必须以易消毒和灭菌为前提，安全可靠且无

辐射。

④ 以人作为作业对象的医疗机器人，其性能必须满足对状况变化的适应性、对作

业的柔软性，对危险的安全性以及对人体和精神的适应性等。

⑤医疗机器人之间及医疗机器人和医疗器械之间具有或预留通用的对接接口，包括信息通讯接口、人机交互接口、临床辅助器材接口以及伤病员转运接口等。

从技术上讲医疗机器人的发展是建立在以下几种基本技术的基础上：它们是机械设计与制造技术、传感器应用技术、自动控制技术、驱动器技术、人机交互技术。

三、根据用途医疗机器人大致可以分为救援机器人、手术（外科）机器人、转运机

器人和康复机器人等。

四、商业化的手术机器人最早出现在1994年，由美国Computer Motion公司研制，

实质上是一种声控腹腔镜自动“扶镜手”。

五、手术机器人于1997年3月在比利时布鲁塞尔St Pierre医院完成了第一例腹腔镜

手术——胆囊切除术。1998年，ComputerMotion公司研制的Zeus系统、Intuitive Surgical公司研制的da Vinci系统和endoVia公司研制的Laprotek系统分别获得了成功。2001年9月，法国医生通过超远程控制医疗机器人，在美国纽约为远在法国的病人进行了胆囊摘除手术，实现了世界上首次跨洋手术……

六、机器人手术系统集计算机技术、精密机械技术、远程网络通讯技术、现代医学

知识、手术技术等多项现代高科技手段于一体，具有放大10倍的清晰的三维图像，外科医生可以对任何细节进行精细准确的操作。

七、“达芬奇”系统机器人手术设备分主要分为几部分？

设备分主要分为3 部分:

（1）手术医师操作的主控台;

（2）机械臂、摄像臂和手术器械组成的移动平台；

（3）三维成像视频影像平台。

八.“达芬奇”系统是一种视频操纵系统，操作者与机器手臂间通过电路相连。医生控制台装有三维视觉系统和动作定标系统，医生手臂、手腕和手指的运动通过传感器在电脑中精确记录下来，并同步翻译给机器手臂。振动消除系统和动作定标系统保证了机械

臂在狭小的手术野内进行精确的操作。

九、“达芬奇”系统工作原理及优点：手术时需要两名针对“达芬奇”系统进行过专门训练的医生，主刀医生在控制台控制机器手臂的运作，另一名医生在病人旁协助。

在3个机械手臂中，中间的手臂连接胸腔内镜，其通常包括2个平行的内镜以建立三维视图。手术野图像被放大10倍后以最佳的视觉效果在监视器上显示出来，左右两支机械手臂均安装有类似手腕关节的机械腕，可以灵活的控制末端的特制的手术器械。新一代的“达芬奇S”(da Vinci S) 系统在原来的基础上发展出第四手臂，极大的方便手术造作中的暴露需要，并可采用广角镜头，视野扩大，更方便胸腔内定位。

机器人系统有很多腔镜手术不具备的的优点，比如它具有三维的图像、机械臂有七个自由度、手术医师能舒适的坐在较远距离外操纵机器进行手术。机械臂增加了活动的自由度，大大的提高了手术医师的操作能力。

此外，还能将控制柄的大幅度移动按照比例转换成患者体内的精细动作。恢复合适的眼手协调性和符合人体生态学的位置。它具有的三维视觉和深度知觉较传统的腔镜摄像系统有了很大的提高，不怕放射性物质和感染性疾病。

机器人系统使得一些原先手术医师在技术上很困难甚至几乎不可能的一些问题变得可能。所有的这些优点提高了图像的分辨率，结合自由度的提高和灵活性的增强，将极大的提高手术医师对分离解剖组织的鉴别能力。机械臂增加了活动的自由度，大大提高了手术医生的操作能力，保证了高难度动作的完成并增加了手术可覆盖范围。

十、医疗机器人发展瓶颈和问题

1. 技术方面的关键问题

在管理信息系统的初期，因为缺乏足够的经验，所以需要花费很多金钱用于积累经验。现今，还不能证明是否对病人健康有风险，因此必须对培训医生的各种新模式进行调查研究。

在我们看来，例如对外科医生掌握新一代微创手术技术的培训问题将面临下面三个步骤：

a) 外科手术过程的理论学习，通过采用交互式多媒体让外科医生在不同阶段参与手术，提醒他们关注最重要的细节和安全守则。

b) 通过在模拟设备上进行训练，提高和评估医生的基本能力，提高在遥控环境下操作者的灵巧性：手与眼的协调；立体视觉识别；动作的同步；非主手臂在复杂运动下的性能等。

c) 进行手术时，应有医疗专家对年轻的外科医生进行指导。

医疗机器人和管理信息系统的关键问题是，缺少解剖过程中刚性工具相互作用的触觉反馈。为了达到安全的手术导航及开发仿真手术模拟装置，需要将解剖的可变形结构与工具之间的相互作用模型化。

2.医疗机械及控制

为了完成上述任务，需要新的机械装置、致动器、能源、控制器、传感器和集线器管理接口。

在大型外科手术机器人系统中，机械系统的主要问题是：

◆安全(轻型，关节的制动性)

◆精确(无后冲、开环、偏差)

◆清洁操作(干燥的机械设备或密封的关节)

◆手术中的成像和导航所用的X射线和磁适应性(不高于铁磁材料所允许的)

这里面包括：

1、由于零部件尺寸很小，所以找不到标准的部件。而且，特别是对机械工程来

说：不能制作出令人满意的旋转关节。柔性铰链的机械活动部件；