工业机器人73466new

1、成绩 达芬奇机器人 课程名称： 工业机器人 学 院： 机械工程学院 班级： 机制091班 学号： xxx 姓名： xxx 任课教师： xxx 达芬奇机器人1、 研究的必要性外科手术特别是神经外科手术，受到人手准确性的限制。发展于上世纪60年代的显微外科技术，使外科医生超越了人手精准、灵活和持久的极限，而“神经臂”系统则又极大地提高了外科手术的精准率，使外科手术水平从器官级发展到细胞级。利用该系统，外科医生可通过操纵计算机工作站，使“神经臂”与核磁共振图像仪协同作战，从而在显微尺度下使用器械从事微细手术。据研究人员介绍，“神经臂”需要与具有强磁场的核磁共振成像仪一起运行，它的开发是由包括医疗、物

2、理、电子、软件、光学和机械工程师等的合作进行的。项目启动时，MDA公司的工程人员与卡尔加里大学外科医生一起，确定了设计“神经臂”机器人的技术需求。由于医生和工程人员仅擅长于各自的专业，难以沟通，把外科术语翻成技术词汇面临很大的挑战。目前萨瑟兰德博士的研究小组正与卡尔加里卫生局、卡大医疗教育的教师合作开展一个培训项目，对将使用“神经臂”系统的外科医生进行培训。萨瑟兰德博士表示，他们不仅要研制“神经臂”机器人，还要为其设计一套医疗机器人教学大纲。他们希望这一新技术能够在世界范围得到应用。为实现这一目标，他准备更多地向学生和年轻专家宣传该技术，因为他们更推崇新技术，也是临床新技术应用的中坚力量。 2

3、0世纪80年代腹腔镜的出现使微创技术的发展取得了长足的进步，在此基础上，手术机器人的研发和应用开启了微创外科新纪元。介绍了“达芬奇”手术机器人系统的组成、功能以及在各类外科手术中的具体运用，分析了手术机器人对比传统腔镜技术的技术优势，及当前临床应用的瓶颈，并对微创外科手术机器人的发展进行了展望。21世纪是信息科技的时代,同时也是生命科学的时代。自从1956年Dartmouth学会上提出 “人工智能” 一词后,众多研究者纷纷投入其中,迅速发展了一系列重要的理论及科研成果。 美国麻省理工学院的温斯顿教授是这样定义它的: “人工智能就是研究如何使计算机去做过去只有人才能做的智能工作。” 在医学领域,

4、它的出现使得某些连资深专家都难以胜任的手术变得精准而简单,这是计算机科技与生命科学碰撞出的火花,任何人都不曾想象机器人进入医学领域后是如此神气,它叫做达芬奇机器人。 二、国内外现状研究2.1 国外现状如今在美国等发达国家,“达芬奇”机器人腹腔、胸腔、盆腔等相关手术领域中发挥重要作以前列腺癌根治手术为例，自2000年开展首例手器人前列腺癌根治性切除以来，该手术已在国外迅速推广。目前，在北欧国家超过一半以上的前癌根治手术由手术机器人完成，而在美国，这一更是高达90%。至2010年6月30日，全球共有15“达芬奇”手术机器人系统，主要集中于上述欧达国家，其中美国超过1160台，欧洲276台。 作为I

5、ntuitive Surgical外科手术机器人在中国的独家代理和售后服务提供商，美中互利公司已经在中国成功安装了20台达芬奇外科手术机器人系统，其中内地9台、香港5台、台湾6台。2005年11月在香港安装了国内第一台da Vinci手术机器人系统，并在香港威尔士亲王医院成立了具有世界水平的“达芬奇”外科手术机器人系统培训中心。中国人民解放军总医院（301医院）于2007年首先引进达芬奇外科手术机器人系统。2009年初，二炮总医院安装了第二台。随后，南京军区南京总医院、第三军医大学附属西南医院和上海的瑞金医院、中山医院、华山医院、胸科医院等陆续安装并投入使用。 作为首家在中国大陆地区使用“达芬

6、奇”外科手术机器人系统的用户，301医院自2007年开展首例全机器人心脏手术以来，先后创建了国内第一个微创机器人心脏外科中心并组建了国内第一支机器人心脏手术团队，目前全世界只有几个心脏外科中心能够开展此类机器人心脏手术，国内尚无其它医院拥有该系统开展此类手术2。在高长青主任的带领下，至今共完成21种210例手术，其中包括全机器人心脏不停跳下房间隔缺损修补、心脏不停跳下房间隔缺损修补+三尖瓣成形、心脏不停跳下右房肿瘤切除、全机器人部分肺静脉畸形引流矫正及全机器人微创不开胸下室间隔缺损修补等5种国际首创手术，手术数量、种类和质量均处于亚洲最高水平。301医院完成的手术量和手术种类目前在亚洲处于最高

7、水平，不仅保持着在机器人心脏外科领域绝对领先的地位，也标志着中国微创心脏外科水平达到世界先进水平3。2.2国内现状作为首家在中国大陆地区使用“达芬奇”外科手术机器人系统的用户，301医院自2007年开展首例全机器人心脏手术以来，先后创建了国内第一个微创机器人心脏外科中心并组建了国内第一支机器人心脏手术团队，目前全世界只有几个心脏外科中心能够开展此类机器人心脏手术，国内尚无其它医院拥有该系统开展此类手术2。在高长青主任的带领下，至今共完成21种210例手术，其中包括全机器人心脏不停跳下房间隔缺损修补、心脏不停跳下房间隔缺损修补+三尖瓣成形、心脏不停跳下右房肿瘤切除、全机器人部分肺静脉畸形引流矫正

8、及全机器人微创不开胸下室间隔缺损修补等5种国际首创手术，手术数量、种类和质量均处于亚洲最高水平。301医院完成的手术量和手术种类目前在亚洲处于最高水平，不仅保持着在机器人心脏外科领域绝对领先的地位，也标志着中国微创心脏外科水平达到世界先进水平3。 随着人们生活水平的提高，各种妇科肿瘤逐年增多，传统开腹手术创伤大、出血多、风险高、恢复慢，给患者造成心理和生理上的痛苦。尽管腹腔镜技术已成熟运用于妇科肿瘤切除，但面对一些疑难、复杂妇科肿瘤，腹腔镜手术也无能为力，为了给妇科患者带来新希望，二炮总医院投入2800余万元于一年前在国内率先引进了当今最先进的达芬奇机器人，运用这一新型“武器”至今已成功完成妇

9、科肿瘤切除及妇科疾病手术近30例，取得了满意的效果，使妇科肿瘤在机器人手术的应用走在了国内妇科界的前列。但机器人运用到子宫内膜癌的治疗上在国内还是第一次。 据丁晓萍主任介绍，运用机器人切除妇科肿瘤具有三大明显优势：一是机器人突破了人眼的局限，使手术视野放大15倍；二是突破了人手的局限，在原来手伸不进的区域，3个机器手臂可以在360度的空间下灵活穿行，完成转动、挪动、摆动、紧握等多个动作，具有人手无法相比的稳定性、重现性及精确度，狭窄解剖区域中比人手更灵活，可辅助完成精细复杂等各类高难度手术；三是无需开腹，创口仅在1厘米左右，创伤小，出血少，恢复快，大大缩短术后住院时间。达芬奇机器人手术应用于妇

10、科肿瘤切除在国外已开展近10年，但在我国才刚刚起步，国内妇科界对机器人手术还没有足够的认识，二炮总医院举办此次会议，使国内妇科界充分认识到机器人手术是外科技术进入全新时代的开始，使妇科肿瘤微创外科向更高难度、更复杂手术推进，向实用型、疑难型、高危型的大型手术延伸，力争使机器人妇科肿瘤微创技术在中国得到普及和发展，真正达到妇科肿瘤微创化的理想境界，让更多妇科患者受益。三、关键技术3.1、机器人介绍 它身高1.8m,拥有 “三头四臂” ,身价超过2000万。 所谓三头四臂,是指它拥有3个操作平台及4只机器手臂。 具体来讲,它主要由3个平台组成:即手术医师操作的主控台,4只操作臂和手术器械组成的移动

11、平台,三维成像视频影像平台。 3个看似独立的平台在为病人实施手术时虽然各有分工、 各司其职,却相辅相成、 紧密关联。 在工作时,主控台靠墙,是手术医师的操作平台,手术医师通过视频影像的观察作出判断,再操纵主控台发出命令;移动平台在病人身边,伸出的4只操作臂会在病人的身体中实施手术,按医生的指令行事;摄像平台是一个高大的视频车,它负责将手术视野放大、 成像,在手术室内的多个屏幕上做 “现场直播” 2。简单地说,达芬奇机器人就是通过现代化的各种技术手段,包括计算机技术、 视频显微技术、 远程通讯技术及现代医学技术等,将看似复杂的手术在精准的操作下顺利的完成。 虽然它的4条机械手臂很庞大,却可将患者

12、体内绿豆大小的胆结石精确地取出。达芬奇机器人作为先进科技的代表,具有许多明显的优势。3.2构造与分类 “达芬奇”手术机器人是世界上仅有的、可以正式在腹腔手术中使用的机器人手术系统,也是目前最复杂和最昂贵的外科手术系统之一。该系统充分结合了美国航天航空局和众多研究机构开发的先进技术，代表了当今世界外科手术机器人的最高水平。它的手术特点犹如莱昂纳多达芬奇的画作手法一样精细，能将手术造成的创伤降到最低点。目前，广泛应用于临床的是Intuitive Surgical公司开发出的最新的第三代产品。3.3关键技术包括: （1）医师操作台该操作台是达芬奇系统的控制核心,由计算机系统、监视器、操作手柄及输出设

13、备等组成。在手术中，医师坐在无菌区外的控制台前，双手正常位套入操作手柄指环,通过双手动作传动带动手术台上仿真机械臂完成各种操作,并可通过声控、手控或踏板控制腹腔镜。术者双脚置于控制台脚踏上配合完成电切、电凝等相关操作，并用一个双目内窥镜观察患者体腔内三维图像。（2）床旁机械臂手术系统包括23只工作臂及1只持镜臂。持镜臂用于术中握持腹腔镜物镜,与传统腹腔镜助手握持相比,可提供更加稳定的图像,避免传统腹腔镜术中助手疲劳致手部抖动出现视野不稳定的问题。工作臂用于完成术中各种操作，有7个自由度，包括臂关节上下、前后、左右运动与机械手的左右、旋转、开合、末端关节弯曲共7种动作,可作沿垂直轴360和水平轴

14、 270旋转,且每个关节活动度均90。外科医师通过操作手柄经计算机翻译和传送外科医师手部动作到机械臂器械末端，可进行上下、左右、旋转等连续动作，使其比人手有更大的灵活性。手术台旁可有一名医师助手和一名刷手护士，根据术者的意愿负责替换机器人的机械手，并可经辅助孔操作，进行牵拉、吸引等协助手术的一些工作。 （3）3D成像系统内装da Vinci系统的图像处理设备,并配有监视器，还可放置辅助手术设备(如二氧化碳充气系统)，一个双高强光源系统，一个双CCD摄像系统。术中由台下巡回护士操作。传统腹腔镜技术的一个主要弊端在于二维平面成像，术者在监视器中无法辨别组织前后相对关系，只有经过充分练习后才可掌握操

15、作。达芬奇机器人的3D高清影像系统可完全解决这一问题，为术者提供真实的术野，利于术中辨认组织关系，同时使缝合、打结等操作更简便易学，提高手术效率4。（4） 医学图像后处理技术的进展 手术导航中的图像后处理是指对获取的图像进行处理，使之满足各种需要的一系列技术的总称，主要分为图像配准和融合 （registration） 、图像分割与三维重建 (3-D reconstruction)、图像归档与传输系统（picture archiving and communication system,PACS）。图像配准 （ 注册）技术是将导航图像与术中真实的手术部位的解剖结构进行精确的对应， 这关系到导航定

16、位的精确性。目前，配准技术已从体外标记点技术（external marker）发展到解剖标志的注册技术(anatomical registration)，根据手术特点及术中图像的特点，采用配对点注册 （paire-point regitration）和表面注册 (surface registration) 方法， 极大简化了注册程序， 缩短了配准时间， 提高了定位的精确性。 图像分割与三维重建技术利用消隐或透明的图像分割技术、三维可视化技术，形成包含解剖结构和生理功能信息的多维图像， 在手术医生面前呈现一幅栩栩如生的手术“ 地图” 。 PACS 技术将各种医学图像及相关术、三维可视化技术，形成

17、包含解剖结构和生理功能信息的多维图像， 在手术医生面前呈现一幅栩栩如生的手术“ 地图” 。上述技术是 CAOS 的软件部分， 是定位导航的关键技术。 传统手术中， 医生需要在二维图像基础上， 通过空间思维综合过程建立起抽象的三维立体图像， 由于患者的个体差异及手术医生个人思维方式的不同， 对创伤部位的理解就可能产生一些偏差和分歧，对手术的精确性会产生不利影响，而COAS 利用上述医学图像后处理技术，就可以简化图像的综合分析过程， 提高诊断的准确性和手术的安全性、 精确性5。（5）导航追踪手段目前应用的导航追踪手段分为： 红外光学定位方法； 电磁定位方法； 超声信号定位方法； 机器人定位方法。虽

18、然红外光学定位方法仍然是目前CAOS 的技术主流，但其接收装置容易受术中遮挡及周围光线或金属物体镜面反射的影响， 所需设备价格昂贵。除光学定位方法外， 工程技术人员也在探索完善其它三种定位方法；电磁定位的精确性非常高，而且所需设备相对简单，更方便手术环境中的安放；激光和超声信号作为导航信号，应用程序相对简单，设备价格较低；机器人定位稳定，便于引入机械臂术中操作； 研究人员正在对上述定位示踪手段进行相互融合、 取长补短的研究， 准确性更高、 操作更加简便、 结构更加合理、 价格更加低廉的导航追踪手段是未来的发展方向6。（6） 医用机器人技术现代手术机器人具备机器人双目视觉功能至少 6个自由度，

19、能够克服术者在操作时手抖、 视觉偏差、 易疲劳的缺点， 稳定、 持久地夹持手术器械， 按照经过精心设计规划的手术程序， 进行手术操作。更为重要的是通过现代通信技术和网络传输手段， 结合导航定位系统及遥感操作技术，可以实时远距离的远程手术。目前，双目视觉技术可以保证机器人具备一双慧眼，触觉反馈及虚拟现实技术可以让机器手像外科医生的手一样， 进行灵活、 精巧的操作。精密机械技术和自动限位技术可以保证手术的安全性。 一旦发生意外情况， 可以立即进入安全程序， 终止机器人操作7。总结小结与展望利用机器人实施外科手术，曾经被认为是一种遥远的甚至是冒险的情景，但是随着当前科学技术日新月异的发展，外科手术机器人手术将逐渐成为微创外科手术的主要潮流。外科机器人技术为外科手术提供更广阔空间，代表今后外科手术的发展方向，它可开展更精细、精确、复杂的手术，它与其他技术，如单孔手术、激光、冷冻等结合，将使外科手术技术发生质的飞跃。以医疗外科机器人系统的研究为基础发展起来的医疗电子设备的产值在过去几年以每年10%的速度增长，预计医用机器人在今后五年内还会以每年20%40%的速度增长。各国政府不仅希望医疗外科机器人系统的研究能为疾病的治疗带来方便，产生良好的社会效益，更希望医疗外科机器人的系统研究能生成一个新的经济增长点，获得良好的经济效益。值