医疗机器人的研究与进展

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1、医疗机器人的研究与进展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，在军用和民用上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。与其它机器人相比，具有以下几个特点：（1）医疗机器人的作业环境一般在医院、街道、家庭及特定的多种场合，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，需要合工程、医学、生物、药物及社会

2、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。根据用途医疗机器人大致可以分为手术机器人、转运机器人、康复机器人和救援机器人。手术机器人在具备了机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1m

3、m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。手术机器人最早源于美军机器人手术和远程外科计划，并于1994年，由美国国防部下属的国防高级研究计划局（DARPA）研制成原型机。从军事医学的角度来看，机器人手术技术能为处在不利环境中的军事人员提供医疗援救服务，可以在全球范围内开展军事人员的外科救治，如战场、核生化危险环境和外太空等。在和平时期，机器人手术系统可用于加强医生培训；消除手部的抖动，减少术者的疲劳，增加精细操作的能力，从而提高手术的安全性；可以开展全球范围的手术，实现远程会诊

4、和医疗等。转运机器人主要用于危重病患者的特殊检查、挪动、转床、手术和麻醉前后的接送和战场伤病员的后送，避免伤病员的再损伤。在国內，病人的转运还是沿用传统的方式，依靠医护人员或家属将患者抬、扶、抱在担架或轮椅车上。如操作不慎，易引起再岀血，特别是脊柱骨折、脫位患者，如果用力不均衡，动作不协调，易引起再损伤，而加重截瘫程度，甚至生命危险。经常抱、抬病人，加重了护理人员的工作强度，而且还会危害到护理人员的背部骨骼和肌肉。2007年，燕山大学王洪波教授和日本FumioKasagami教授共同研制岀C・Pam”转运机器人，采用接触点相对静止技术，整个床板分为四个独立的部分，控制四个部分不同的运动速

5、度可以在一定的范围内调节床板的角度，每个部分又分为上下两层，每层由金属板支撑，金属板上又被特殊材料做成的环形带包裹着，每层都有一个电机，电机带动环形带旋转，通过控制上下两层电机的运动方向和速度，就可以实现床板的行走，而且，只要与患者身体接触了的部分就会处于相对静止的状态，不需移动患者身体的任何部分，患者就会被移动到床板上口6/7］。整个过程只需一个护理人员控制遥控器即可完成，不仅减少了患者的痛苦，减轻了护理人员的工作量，还大大地提高了工作效率。目前，很多国家已开始进入老龄化社会，据世界卫生组织统计，再经过50年，全世界60岁以上的老龄人口将翻一番；另外，疾病和灾难等也造成了大量的残疾人，

6、他们需要大量的护理和服务。康复和护理机器人的发展不仅为残疾人护理问题的解决提供了最佳方案，而且为病人和老年人日常生活护理问题的解决找到了出路。在康复领域应用的机器人与一般工业机器人有许多不同，其主要区别在于人机接口的柔顺性和端点阻抗的可控性。康复和护理机器人一般采用蓄电池供电，需要提高能量的利用率，延长其工作时间；行走和停靠要平稳，转向半径要小，适合在狭窄空间工作；机械手要有力学反馈，用适度的力将物体抓起或托起；图像识别，自主导航和具有一定的判断能力能让机器人在无人操作的情况下自主执行一些简单的任务；人机交互系统（如界面操作、语音、手势和身体语言等）能让机器人更好地理解操作人员的意图，执

7、行任务。康复和护理机器人技术主要向智能化、人性化和模块化等几方面发展。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能迅速且安全地将伤病员救出。在1995年的日本’阪神”大地震中，90%以上的死者是因为被埋在倒塌的建筑物下面未能及时获救而死亡的，因为大型工业机械不适用于震区的挖掘工作，而人工挖掘的速度又太慢。2003年，国际救援系统研究所在日本政府的赞助下，开发出了第一批可以在地震废墟上爬行、飞行和跳跃的救援