医学机器人开题报告

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1、北京石油化工学院本科毕业设计（论文）开题报告题目名称：医学穿刺机器人机械系统设计与仿真题目类型：设计型学生姓名：岑学学专业：过程装备与控制工程学院：机械工程学院年级：过063指导教师：邓双成2010年3月11日一、选题背景、研究意义及文献综述1、选题背景医疗机器人是目前国外机器人研究领域中最活跃、投资最多的方向之一，其发展前景非常看好。近年来，医疗机器人技术引起美、法、德、意、日等国家学术界的极大关注，研究工作蓬勃兴起。二十世纪九十年代起，国际先进机器人计划(IARP)已召开过多届医疗外科机器人研讨会DARPA己经立项，开

2、展基于遥控操作的外科研究，用于战伤模拟手术、手术培训、解剖教学。欧盟、法国国家科学研究中心也将机器人辅助外科手术及虚拟外科手术仿真系统作为重点研究发展的项目之一在发达国家已经出现医疗外科手术机器人市场化产品，并在临床上开展了大量的病例应用研究。本题为北京市科委2006重点攻关项目——超声引导肝肿瘤微波消融治疗机器人系统的开发的一部分。2、研究意义随着科学技术的发展,特别是计算机技术的发展,医用机器人在临床中的作用越来越受到人们的重视。外科手术辅助导航系统作为外科医生的第三只眼,可以让手术医师看到手术部位的内部结构,避免了因

3、医生经验不足而造成的手术失误,使手术更安全、更可靠、更精确、更科学,具有极其广阔的应用前景。现在,它已经成功地应用到神经外科、整形外科、泌尿科、脊椎、耳鼻喉科、眼科、膝关节切除以及腹腔镜等众多领域中。由此,依靠医学成像、微装置、传感器、计算机和机械手等的辅助,从一个开放的、完全的人工手术到辅助医生进行最小侵入性手术。另外,医生在选择最佳的手术路径、执行复杂的外科手术和提高手术的成功率等方面也受益匪浅。微创外科手术(MIS)技术兴起于20世纪80年代,一般也称为介入式手术。它借助于各种视觉图像设备和先进灵巧的手术器械装备,将

4、手术器械经过小切口进入人体进行治疗或诊断。与传统开放性手术相比,微创手术具有创伤小,可减轻患者痛苦、术后恢复快、有利于提高手术质量和降低医疗社会成本等诸多优点。因此,受到医生和患者的普遍欢迎,是外科手术发展的必然趋势。腹腔镜微创外科手术作为微创手术的代表,是对传统开放性手术的一次重大变革。然而腹腔镜手术在手术中也存在一些问题。如由医生在手术台前操作器械进行手术时,医生的手与所操作的器械末端的距离一般有400～500mm,长时间准确把握手术器械会使医生感到非常疲劳,另外,由于医生手部的颤抖而传递到器械末端的误差也会随之增大。

5、而利用机器人技术就可以很好的解决上述问题。因为机器人具有定位准确、大大减低工作强度等优势,而且,它还可以通过软件编程实现消颤、提高手术精度。微创外科手术机器人与传统的工业机器人在结构上相比,系统针对性更强,通常一种结构只适用于一种手术操作。对于主从式机器人,在手术中,手术医生的决策通过主手传递到从手,通过监视从手的运动情况,调整或修正控制以达到预期的结果,实现微创手术。由于从手系统直接作用于患者,它的性能高低直接影响整个系统的性能、手术的质量、以及系统的安全性等等。随着计算机技术的不断发展,微型计算机无论从计算速度还是从内

6、存容量上都可以满足手术导航系统的要求。在我国,开发基于微型计算机的小型化、低成本、高精度的手术导航系统将是一个发展趋势。1、文献综述3.1医疗机器人与其它机器人相比，医疗机器人具有以下几个特点：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

7、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。根据用途医疗机器人大致可以分为救援机器人、手术机器人、转运机器人和康复机器人。手术机器人在具备了机

8、器人的基本特点同时，还有其自身的选位准确、动作精细、避免病人感染等特点。在血管缝合手术时，人工很难进行细于1mm以下的血管缝合，如果使用手术机器人，血管缝合手术可以达到小于0.1mm的精度；用手术机器人进行手术避免了医生直接接触患者的血液，大大减少了患者的感染危险。商业化的手术机器人最早出现在1994年