医疗机器人

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1、1,山东大学创新教育通识核心课程 人工智能与机器人 山东大学,Artificial Intelligence and Robotics,2,第 十一章 医疗机器人,Artificial Intelligence and Robotics,3,11.1 什么是医疗机器人 11.2 医疗机器人技术的发展 11.3 几种医疗机器人的介绍,第 十一章 医 疗 机 器 人,Artificial Intelligence and Robotics,2019/1/18,3,4,11.1 什么是医疗机器人 11.2 医疗机器人技术的发展 11.3 几种医疗机器人的介绍,第 十一章 医 疗 机 器 人,Arti

2、ficial Intelligence and Robotics,2019/1/18,4,5,11.1.1 概念 你能想象由机器人操刀做手术将是怎样一种情形吗？ 你能想象一个机器人医生通过千里之外的遥控来实施“医术”又是怎样一种状况吗？ 这不是天方夜谭，更不是痴人说梦,11.1 医疗机器人的定义及特点,6,说起医疗机器人，早已不是新鲜的概念。 随着机器人的发展，医疗机器人也应运而生。 1998年5月，德、法两国的医生共同合作，用遥控机器人系统成功地为一位心脏病人进行了瓣膜修复手术； 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

3、跨洋手术多起成功案例让人们逐渐接受了这个特殊的“妙手神医”。,11.1 医疗机器人的定义及特点,7,那么医疗机器人，是近十几年来发展比较迅速的一个新的应用领域，那么这个也可以看到几个方面，包括人是一个非常珍贵的生物，那么包括人的眼球、神经、血管都很精细，那么如果人手术的时候，医生来手术，一个是疲劳，另一个人手操作的精度还是有限的,11.1 医疗机器人的定义及特点,8,医用机器人是一种智能型服务机器人，它能独自编制操作计划，依据实际情况确定动作程序，然后把动作变为操作机构的运动。 这里有个概念： 医用：那就是用于医疗、看病、手术、护理等； 机器人：能自动控制的机械装置。 因此，它有广泛的感觉系统

4、、智能、模拟装置（周围情况及自身机器人的意识和自我意识），从事医疗或辅助医疗工作。,11.1 医疗机器人的定义及特点,9,医疗机器人技术包括： 医学、生物学；（医疗机器人要直接接触病人的身体） 计算机图形学、计算机视觉； 数学分析、数学模型； 机械学、机械力学、材料学、传动学； 电学、电子、控制、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。,11.1 医疗机器人的定义及特点,10,概念： 医疗机器人是多学科研究的和发展的成果，是医学领域被应用在诊断、治疗、手术、康复、护理和功能辅助恢复等多学科领域的机器人，它具

5、有其他机器人的一般特性和医用领域的特殊特性，医疗机器人主要用于伤病员的手术、救援、转运和康复。,11.1 医疗机器人的定义及特点,11,11.1.2 医疗机器人的特点 近几年来，医疗机器人与计算机辅助医疗外科技术已经在多学科交叉领域中兴起，并成为越来越受到关注的机器人应用前沿研究课题之一。,11.1 医疗机器人的定义及特点,12,机器人在应用上有两个突出的特点： 一是它能够代替人类工作，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。 二是扩展人类的能力，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。,11.1 医疗机器人的定义及

6、特点,13,医疗机器人正是运用了机器人的这两个特点。 而医疗机器人的对象是人（医疗机器人要直接接触病人的身体），所以除具备机器人的两个基本的特点同时，还有其自身的选位准确、动作精细、避免病人感染等特点。 譬如：在血管缝合手术时，人工很难进行细于1毫米以下的血管缝合，如果使用医疗机器人，血管缝合手术可以达到小于01毫米的精度；用医疗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。,11.1 医疗机器人的定义及特点,14,与其它机器人相比，医疗机器人还有以下几个特点： 作业环境一般在医院、街道社区、家庭及非特定的多种场合。 作业对象是人、人体信息及相关医疗器械。,11.1 医

7、疗机器人的定义及特点,15, 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。 性能必须满足对(人)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。,11.1 医疗机器人的定义及特点,16, 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。,11.1 医疗机器人的定义及特点,17,11.1.3 医疗机器人的应用优点 1、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。目前，手术机器人不仅完成了普外科，还有脑神经外科、心脏修复、胆囊摘除、人工关节置换、

8、泌尿科和整形外科等方面的手术。 2、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。,11.1 医疗机器人的定义及特点,18,3、它是在计算机层面扫描图像或核磁共振图像基础上构成的三维医疗模型，用于医疗外科手术规划和虚拟操作，以期最终实现多传感器机器人的辅助手术定位和操作。 4、医用机器人和计算机辅助定位导航系统。可以满足胫骨骨折闭合复位带锁髓内钉内固定在临床应用中骨折复位和远端锁钉置入，减少了术中X射线透视时间，远程遥控操作可靠方便，系统结构简单，易于掌握。,11.1 医疗机器人的定义及特点,19,

9、11.1.4 医疗机器人分类： 手术机器人 康复机器人 护理机器人 救援机器人 转运机器人,11.1 医疗机器人的定义及特点,20,1、手术机器人： 概念： 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。 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）。,11.1 医疗机器人的定义及特点,21,特点： 自身定位准确， 动作精细， 避免病人感染， 有效防止医生手术时的手动引起的抖动带来的危险， 减少

10、手术疲劳，提高安全性， 易实现远程治疗和会诊。,11.1 医疗机器人的定义及特点,22,2、康复机器人 概念： 康复机器人作为医疗机器人的一个重要分支,康复医学、生物力学、机械学、机械力学、电子学、材料学、计算机科学以及机器人学等诸多领域,已经成为了国际机器人领域的一个研究热点。 康复的含义是在受创伤或得病后恢复患者肢体或器官的正常的形状或功能。康复工程就是致力于为患者提供此类辅助装置。把先进的机器人技术引入到康复工程中的康复机器人,体现了康复医学和机器人技术的完美结合。,11.1 医疗机器人的定义及特点,23,康复机器人分为： 辅助性和治疗性两种。 辅助型康复机器人是帮助病人、老人、残疾人更

11、好的的适应日常生活和工作，部分补偿其弱化的功能。 治疗型康复机器人恢复病人、老人、残疾人的部分机能，更好的的适应日常生活和工作。 康复工程就是致力于为患者提供此类辅助装置。把先进的机器人技术引入到康复工程中的康复机器人,体现了康复医学和机器人技术的完美结合。目前,康复机器人已经广泛地应用到康复护理、假肢和康复治疗等方面,这不仅促进了康复医学的发展,也带动了相关领域的新技术和新理论的发展 。 康复机器人主要有智能轮椅、康复机械手等。,11.1 医疗机器人的定义及特点,24,3、护理机器人 概念： 护理机器人具有视觉、听觉、嗅觉等能力，是辅助护士完成护理工作，如帮助病人翻身、更换床单、以及递送食物

12、、药物、人机对话，病房巡视等，或能背起（或抱起）老人，能照顾老年人，病人或残疾人，功能将更加全面和智能，服务也更人性化。,11.1 医疗机器人的定义及特点,25,救护机器人,11.1 医疗机器人的定义及特点,26,11.1 什么是医疗机器人 11.2 医疗机器人技术的发展 11.3 各类医疗机器人的介绍,第 十一章 医 疗 机 器 人,Artificial Intelligence and Robotics,2019/1/18,26,27,11.2.1 医疗机器人技术的发展 早在1972年就有人提出开发医疗用遥控机器人的设想，但在当时人们普遍认为这是个相对遥远的问题。然而，随着原子能领域、宇宙

13、开发领域的遥控机器人技术的发展以及虚拟现实技术的出现，医疗领域也出现了开发医用机器人的热潮。可以说，目前医疗领域的机器人技术是最发达的领域之一。,11.2 医疗机器人技术的发展,28,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”。 能进行微创手术的“扶镜手”系统是第一个获得FDA许可的产品，允许临床使用。它的速度控制直到现在仍然是最直观的操作概念。 医疗机器人的概念是从1996年确立的，早期大多数流行的医疗机器人都是美国研究生产的。,11.2 医疗机器人技术的发展,29,手术机器人于1997年3月在比利时布鲁塞尔St

14、 Pierre医院完成了第一例腹腔镜手术胆囊切除术。 1998年，美国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。 这三个系统均由三大部分组成：医生操纵台、机械手和内镜装置。,11.2 医疗机器人技术的发展,30,1998年5月，德、法两国的医生共同合作，用遥控机器人系统成功地为一位心脏病人进行了瓣膜修复手术； 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多起成功案例让人们逐渐接受了这

15、个特殊的“妙手神医”。,11.2 医疗机器人技术的发展,31,1997年，外科手术机器人“宙斯”被用于一起输卵管重建手术； 2001年9月7日，历史上第一次跨洋远程控制外科手术在大西洋两岸同时进行； 2003年 “宙斯”的公司Computer Motion 和“达芬奇”的公司Intuitive Surgical宣告合并，达芬奇也成为了目前市场上唯一的得到美国食品药品监督管理局（FDA）认证的外科手术机器人产品。如今，全球有超过850所医院都在使用着这款手术机器人。,11.2 医疗机器人技术的发展,32,加拿大卫生部门2011年4月宣称，将在国内推广一种实施神经外科手术的机器人，这种医学机器人有

16、特别敏感的触觉，可以让医生通过最清晰的视觉来完成大脑的显微手术。其精确度可以达到一根头发丝的程度，甚至连最小的神经也有清晰的三维图像。去年4月，该机器人在卡尔加里市的山麓医院首次使用获得成功。,11.2 医疗机器人技术的发展,33,2010年5月10日，英国伦敦皇家医学会宣称，英国将开始普及医学机器人护士，此举既可缓解国内护士的不足，又可大大提高护理效率和安全性，而且显著扩大护理功能。 此前在伦敦展出了这款“机器人护士”，其头部安装有多台激光和热成像摄像机，在声音识别技术的辅助下，它可以适时地与病人进行互动式交流，并且将那些未经允许的来访者阻挡在外。 “机器人护士”的“胸部”是一块控制面板，一些复杂的操作指令可以在这里编程输入。它的“腹部”安装有一个红外线感应器，可以随时监测病人的体温。,11.2 医疗机器人技术的发展,34,11.2.2 国际医疗机构的发展趋势和特点 医疗机器人是目前国外机器人研究领域