机器人怎样在医用领域实际操作的?

Question

如题所述

Answer 1

1、 外科手术机器人
外科手术机器人的应用领域主要分为微创外科手术机器人和手术中影像引导医用机器人。
1.1微创外科手术机器人
微创外科手术(微创手术)即医用内窥镜手术，符合当今国际生物医学工程领域提出的少创和无创手术的发展趋势，得到了很大的发展。特别是近年来，微型机械电子系统(MEMS)研究的开展和深入，使得微小技术、微型系统获得迅速的发展，从而极大地促进了医疗用机器人的微型化、微观化，为研制进入人体内的医疗用微型机器人创造了条件。日本东北大学目前正在研究制作一种机器人驱动内窥镜系统，他们利用微细加工技术，采用形状记忆合金驱动，研制适合于人体肠道或血管环境下动作的驱动装置。微小型驱动机器人携带光学成像、体内照明、前端物镜粘附物清除装置自动进入人体完成体内观察和治疗。他们还将进一步研制和开发体内自主行走式诊断治疗、体内微细手术、体内药物直接投放等功能。
上海交通大学仪器工程系目前在国家八六三高技术基金资助下研究全方向蠕动式机器人驱动内窥镜系统，通过电磁驱动方式由驱动源携带全套光学检测系统、钦激光手术等装置进入人体肠道，取代当前传统的医学内窥镜，适应无创和少创外科手术的发展趋势。
据最近的文献报道，虽然这项外科手术的革命一医学内窥镜技术革命已取得了不少成果，在各方面也已有很多突破，但目前还处于实验研究阶段，没有能够进入人体进行实用性诊疗，这主要是驱动器及可靠性方面的技术课题还没有得到很好的解决。日本医学机器人研究的一个重要目标是开发能在血管中进行诊断、监测和治疗作业的医用机器人系统。此微型机器人是另一意义上的医用内窥镜，该系统与人体体外是无线连接，而由医生用注射器将其推入人体内部，然后由该系统所携带的微生物传感器对人体各组织进行检测，并把信号输入到系统信息处理中心进行分析处理，当发现有病变的组织时，该微型机器人系统的控制中心就发出信号，自动释放出其系统内所携带的微型手术机器人，对病变组织细胞进行直接手术治疗或注射药物。由于该微型机电系统要求很高，需要在仅有不到一毫米的空间内装入微驱动器、微传感器及信号处理器等，而且无线传输目前还不能达到充足的能量，所以该系统还有待于进一步完善，需要解决微型器件的加工制造、装配及无线通信和遥控技术、无线能量传输等关键技术难点。
微创外科手术机器人的另外一个应用领域是对一些医院临床中使用的医疗器械进行改进使其精确度、自动化程度更高。由于近年来机械电子技术及其它各项技术的发展使该领域也得到了很大的发展。随着普通医疗器械的精度和可操作程度的提高，外科手术的成功性同时加大，从另一方面体现了微创外科手术的要求。
1.2影像引导外科手术
影像引导外科手术主要包括矫形外科手术、脊柱外科手术、神经外科手术等。其最典型的影像引导机器人外科手术是耽关节修复手术的自动植入手术，手术所用的就是人工关节置换手术机器人。还有一个典型应用例子是脑神经外科中穿刺插管的诱导手术，由脑手术穿刺机器人来进行穿刺手术，用机器人控制中心借助于X一CT计算出实验数据，然后由穿刺机器人执行穿刺手术。影像引导机器人外科手术的发展关键是机构的控制，虚拟现实环境和先进人机交换技术的发展。
2、 医疗康复机器人
从八十年代开始，医疗康复机器人有了很大发展，其应用范围已扩展到人们生活的各个领域，如机器人动作执行系统(机械手)、智能型轮椅、家庭日常生活和职业用生活护助及作业辅助型机器人等。
2.1机械手
医疗康复领域的一个重要应用场合就是恢复四肢残废者手和腿实现象正常人一样的功能，即在残废者和周围环境间安装上一机械假肢作为媒介，使前者能象正常人一样用意识控制手足活动，执行各种任务。机械手包括手足型和搬运及移动型。手足型机械手包括肌电控制前臂假手、能步行及上下楼梯的动力假腿和具有知觉的能动假手等。搬运及移动型机器人包括患者升降机、抱起机器人、输送及转送机器人和移动升降器等。随着人们生活水平的提高，人类的平均寿命持续增长，人类社会向老龄化社会发展，与此相适应的康复机器人的应用领域也逐渐向为老年人服务而倾斜，其应用前景十分广阔。
2.2智能轮椅
智能轮椅作为下肢残废者和失去行走能力的老年人的主要交通机械，近年来发展非常迅速。轮椅已由过去的单纯依靠人力操作发展到现在的智能轮椅。智能轮椅运用了各项先进技术，从机械学领域的机构设计、各类传感器技术的应用、信息处理中心的高效控制到人机技术等方面充分考虑到使用者的方便和需要。因此，轮椅已变成了一种高度自动化的移动机器人。日本东京大学为了帮助失去行走能力的老年人而开发了一种自动操作的智能轮椅。该系统适合于在室内环境下工作，由天花板上的灯光标识器来实现系统的引导(灯光标识器的位置按一定的要求布置)，轮椅的顶部装有CCD摄像机(通过一大视角的透镜)，由CCD摄像机对天花板上灯光标识器位置的检测来控制驱动轮椅的运动。为了检测前进道路上的障碍物，轮椅前端装有超声波检测器。如在行进过程中超声波检测器检测到有障碍物时，控制中心会立即发出相应转变或停止的控制信号。实验结果表明该智能轮倚系统能改善老年人的生活质量，减少看护者的负担。
2.3医院机器人系统
医院机器人系统主要是医院内部搬运机器人，其主要功能是运送食物、药品及一些医疗器械、病人病历档案等，它不同于一般的位置固定的生产装配场合中应用的工业机器人。国外研究的一种叫“HelpMater”的机器人已经在医院内使用，它能够24小时高效工作。医院工作人员能把医院内走廊，电梯的几何和断层图象信息输入到该机器人的控制系统内使其能自动工作。另外日本的机械工程实验室已在研究一种能提升病人的机器人，该机器人能够将病人从病床上提升起来并把其运送到医院卫生间、食堂等其它地方。但是该系统所需的各项技术如能量供应、人机交互系统等还有待于进一步解决和完善。
3、讨论与展望
国外关于医学机器人的研究虽然已取得了不少成就，但离生物机器人还有相当的距离，因此还有很多工作要做。国内关于这方面的研究较少，主要是集中在假肢领域，希望能对医学机器人领域加强研究。这一领域需要机械、电子等各方面知识，所以应集中集团力量，赶上发达国家水平，研制出医学领域的各种机器人，从而研究生物机器人。
4、总结
机器人技术被列为863计划发展的主题之一，著名的自动控制专家宋健在2(XX)年国际自控联世界大会上的致辞中说:“机器人学的进步和应用是2O世纪自动控制最有说服力的成就，是当代最高意义上的自动化。”微操作机器人系统作为一项典型的多学科交叉的成果，为机器人技术开拓了新的应用领域。它的成功使生物医学工程实验摆脱了对培养特殊操作人员的依赖，实现了高效率、高成功率、高难度的操作，可以说是生物医学工程实验手段的一次革命性变革。同时，此项操作在疾病的诊断与治疗、新药物的研究与制造、器官移植、功能基因研究等方面都将有广泛而重要的应用，对基因工程的发展产生重要的影响，在后人类基因组计划中发挥很大的作用，可以为制药等新兴产业带来巨大的经济效益。

Answer 2

世界各国都在研究医用机器人。2000年，世界上第一个医生可以远程操控的手术机器人“达芬奇”诞生了。它集手臂、摄像机、手术仪器于一身。这一套机器人手术系统内置拍摄人体内立体影像的摄影机，机械手臂可连接各种精密手术器械并如手腕般灵活转动。医生通过手术台旁的计算机操纵杆精确控制机械臂，具有人手无法相比的稳定性、重现性及精确度，侵害性更小，减少疼痛及并发症，缩短病人手术后住院的时间。指挥机器人做手术的另一个优点是医生不必到手术现场，可以通过网络操作机器人，为在异地的病人做远程手术。实践证明，“达芬奇”做手术比人类更精确，失血更少，病人复原更快。本回答被提问者采纳