课程作业
开课学院：机电学院
学院 机电 2016年12月19日
机械13级 姓名 李昌亭 学号 成绩 指导老师 吴文强 年级、专业 课程名称 题目 工业机器人技术 医疗机器人概论 一、摘要
医疗机器人技术极大地推动了现代医疗技术的发展，是现代医疗卫生装备的发展方向之一。目前，对于医疗机器人的最新研究也在不断地产生出新的成果：手术机器人具有高准确性、高可靠性和高精确性，提高了手术的成功率；护理机器人具有视觉、听觉、嗅觉等能力，而且还能背起人，能照顾老年人；康复机器人具有智能化，可为伤员、病人与老年人提供康复护理和服务。随着现代科技的不断进步、社会的老龄化、以及医疗技术的发展，机器人技术在医疗领域还会得到更深入而广泛的研究和应用。从长远发展角度来看，集手术、康复和护理为一体的真正的医疗机器人系统将会受到广泛的关注和重视。
关键词：手术机器人，康复机器人，护理机器人
二、前言
医用机器人是机器人技术、计算机网络控制技术、数字图像处理技术、虚拟现实技术和医疗外科技术的结合，用于实现机器人辅助外科手术、康复医疗和医院服务等功能。医用机器人是目前国内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，美、法、德、意、日等国家学术界对此给予了极大关注，研究工作蓬勃发展。
中国人口众多，随着人们生活水平的提高和人口老龄化进程的加剧，我国正在成为高新技术医疗器械生产和使用大国，然而由于中国相关科技研究落后，医用机器人大量依赖进口，从而造成医疗费用增长，加重了病人负担。目前，医用机器人的研制主要集中在微创外科手术、康复和服务机器人系统等几个方面，本文详细介绍了国内外有关医用机器人的关键技术及其研究现状，并探讨了今后的发展方向。
三、内容
国内外研究现状
近年来，西方许多先进国家都进行专门立项投资。积极开展医用机器人方面的研究/如美国国防部开展了临场感手术技术研究。用于战场模拟手术培训和解剖教学，NASA已经在美国加州与意大利米兰之间进行了这方面的试验，欧共体技术专家Maurice在IEEESPECTRUM期刊中表示，欧共体正在制定一项新的计划，其中将机器人辅助外科手术及虚拟医疗技术仿真作为重点研究发展计划之一。日本也制定国家计划开展高技术医疗器械研究发展。许多著名的国际会议，像IEEERoboticsandAutomation，IEEEEng，InMedicineandbiologySociety，IEEESystem，ManandCybernetics等都将医用机器人与计算机辅助外科单独列为一个专题，在欧洲、美国、日本等国多次召开国际会议。
（一）手术机器人 手术机器人研究发展与现状
手术机器人是目前应用范围最广且最具前景，其提供的强大功能克服了传统外科手术中精确度差、手术时间过长、医生疲劳、和缺乏三维精度视野等问题实际上，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。据国外厂商介绍，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）。
1.达·芬奇手术机器人
这种被国外科学家命名为MIS的系统是设计一切手术机器人的基础。以目前各国医院使用中的达·芬奇手术机器人为例，只要在病人皮肤表面开一个极小的口子，将探头塞进体内，即可观察到病人病灶所在位置，然后再用机器人手中的手术刀将其切除。
达芬奇机器人由三部分组成：外科医生控制台、床旁机械臂系统、成像系统。
此外，手术机器人还可做器官修补、血管吻合或骨磨削等需要十分精细的手术。近年来，手术机器人被用于做包括基因移植、神经手术和远程手术等在内的各种重要手术，从而大大提高了危重病人的存活率。
2.内窥镜手术辅助机器人
2015年7月31日的时候，东京工业大学和东京医科齿科大学创立的RIVERFIELD公司宣布，内窥镜手术辅助机器人“EMARO：EndoscopeMAnipulatorRObot”将于2015年8月上市。
EMARO是主刀医生可通过头部动作自己来操作内窥镜的系统，无需助手（把持内窥镜的医生）的帮助。东京医科齿科大学生体材料工学研究所教授川嶋健嗣和东京工业大学精密工学研究所副教授只野耕太郎等人，从着手研究到EMARO上市足足用了约10年时间。其作为手术辅助机器人，首次采用了气压驱动方式。用自主的气压控制技术，实现了灵活的动作，在工作中“即使接触到人，也可以躲开其作用力”（只野）等，可保证高安全性。与马达驱动的现有内窥镜夹持机器人相比，整个系统更加轻量小巧也是一大特点。该系统平时由主刀医生由头部的陀螺仪传感器来操作，发生紧急情况时，还可以手动操作。可利用机体上附带的控制面板的按钮来操作。
其典型代表是从在患者腹部切开的小口插入钳子和内窥镜、切除癌症等的腹腔镜手术。作为手术辅助机器人代名词的美国直觉外科公司的“达芬奇系统（daVinciSurgicalSystem）”也是辅助内窥镜手术的系统。
（二）康复机器人
康复器械的最终目标是恢复人体肌体组织的运动机能，实现肌体组织的自然化动作。基于此目标，该领域的研究主要沿着两个方向：一个方向是功能电刺激，另一个方向是肌电信号控制。前者是利用电压或电流等电信号刺激神经肌肉，使丧失神经控制的肌肉产生收缩，达到康复治疗和功能重建的目的；后者是利用分离的肌群电信号(肌电信号)控制康复器械，使其能够具有与肢体相同的对外界刺激的反应能力和对脑神经信号的识别和处理能力，模拟肢体动作，实现肢体的康复治疗．
1．康复训练机器人
机器人辅助康复训练的最终目标是恢复人体组织的运动功能，建立双侧协调训练的康复策略，利用肢体间的协调和匹配效应，实现肌体组织的自然化动作，促进患肢和躯干的肌力及运动功能的恢复，使脑卒中患者重新获得步行功能。
下肢康复训练机器人 多体位智能康复智能机器人
2．辅助型康复机器人
助行康复机器人是典型的人机一体化系统，它可以为操作者提供助力、保护、身体支撑，同时又融合了传感、控制、信息获取、移动计算等技术，使机器人能够完成一定的功能和任务。由于借助了机器人技术、传感技术和信息技术，机器人辅助行走和康复训练的最大优势在于舒适性及安全性好，助行康复训练可以实现智能化。在助行康复训练过程中，机器人可以增加躯干的稳定性并辅助骨盆及腰部运动，使患侧下肢直接得到外力支撑而负重，并能改善步态的类型及步态的再学习能力，减少步行中的能量消耗，还能预防异常模式导致的疼痛等
智能假肢 人体神经智能康复机器
（三）护理机器人
这种机器人不仅具有视觉、听觉、嗅觉等能力，而且还能背起人，能照顾老年人，类似的机器人正在进一步研发中，功能将更加全面和智能，服务也更人性化，在未来五年，他们都将陆续上市。
1.照护机器人Robear
此类机器人是日本机构研发出来的，支持护工的工作，他可以将病人从床上抬起来，帮助行动不便的病人行走、站立等。这个看上去想小熊一样的机器人并不是横空出世，它的设计是建立在之前两代机器人RIBA和RIBA-II.的基础之上，相比于230公斤笨重的RIBA-II，Robear显然变轻了很多，现在是140公斤，它的底座也更小，可以使机器人更加机动灵活。
Robear的机械手臂可以抱起最高80公斤体重的人，在不同的情况下，它带有滚轮的腿可以扩展或者弯曲。
传感器也可以让Robear在抱病人的时候更加温柔，智能橡胶电容触觉传感器和力矩传感器可以使得机器人可以「感知」到病人，这样在举起病人的时候就不会伤害到他们。
（四）医疗机器人未来的发展
随着技术的发展，机器人将向医疗的各个领域渗，将涵盖包括外科手术、医院服务、助残、家庭看护和康
复等的所有层面，开创临床医学的新天地，各种新型医用机器人机构、新型手术工具、医学图像采集和处理技术、远程信息传输技术、智能传感器、智能轮椅智能康复设备及箕它相关技术等仍是研究热点。
此外，用于人体可视化建模和仿真，提供更好的了解人体生理组织和结构的生物机器人，将得到更深人的
发展。目前生物机器人还没有确切的定义，但一般认为应具有复杂感觉和智能，如行走、，抓取、视觉、触觉等大学的和教授已经研制成功了一种可以弹奏不同乐器象风琴、钢琴、小提琴、长笛等的机器人
值得注意的是，随着微型机电技术的不断深入发展，研究微小型机器人甚至纳米机器人已经不再是梦想，
并具有很好的发展前景，它可以直接进人人体器官内部进行工作，完成组织取样、疏通血管、药物放置、细胞操作等普通医疗技术和手段无法完成的工作。国外目前正在研制和开发体内自主行走式诊断治疗、体内微细手术、体内药物直接投放微形外科手术机器人，这种机器人由医生用注射器将其推人人体内部，然后由该系统所携带的微生物传感器对人体组织进行检测，并把信号传送到系统信息处理中心进行分析处理当发现有病变组织时，控制中心即发出信号，由微型手术机器人对病变组织进行直接手术治疗和药物注射治疗尽管这些工作才刚刚开始，但已经取得了一些令人振奋的成果。
四、结论
医用机器人的应用极大的推动了现代医疗技术的发展，是现代医疗卫生装备的发展方向之一。手术机器人具有高准确性、高可靠性和高精确性，提高了手术的成功率；康复机器人具有智能化，可为伤员、病人与老年人提供康复护理和服务。
随着科学技术的不断更新、社会的老龄化以及医疗技术的发展，各医疗机器人及其辅助医疗技术将得到更深入而广泛的研究和应用，各种新型的医用机器人机构、新型手术工具、医学图像采集和处理技术、远程系统传输技术、智能传感器、智能轮椅及其它相关技术仍是研究热点。
五、参考文献
[1]杜志江，孙立宁，富历新.外科手术机器人技术发展现状及关键技术分析[J].哈尔滨工业大学学报，2003，07:773-777.
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