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1、山東大學(xué)創(chuàng)新教育一般核心課程人工智能和機器人cyj86358137,88399323山東大學(xué),artificialingtelligenceandrobotics,第2,11章醫(yī)療機器人,artificialingtelling你能想象機器人醫(yī)生是如何通過幾千英里外的遙控器實現(xiàn)“醫(yī)學(xué)”的嗎?這不是幻想,不是愚蠢的夢。11.1醫(yī)療機器人的定義和特性,6,對醫(yī)療機器人的說明在西方不是新概念。隨著機器人的發(fā)展,醫(yī)療機器人也出現(xiàn)了。1998年5月,德國和法國兩個國家的醫(yī)生用遙控器機器人對一名心臟患者進行了瓣膜修復(fù)手術(shù)。2001年9月,法國醫(yī)生通過超級遠程控制醫(yī)療機器人,為美國紐約遠在法國的患者進行了膽囊切除手術(shù)作為很多成功案例,逐漸接受了這種特殊的“妙手神醫(yī)”。11.1醫(yī)療機器人的定義和特性,7,那么醫(yī)療機器人是近10年來發(fā)展較快的新應(yīng)用領(lǐng)域。那么,這也可以看到一些方面,包括人是非常珍貴的生物。人的眼球、神經(jīng)和血管都很細微。如果一個人做手術(shù)的時候醫(yī)生做手術(shù),一個是疲勞,另一個是手的操作精度仍然有限.11.1醫(yī)療機器人的定義和特性,如:腰椎間盤一樣,面向人的脊椎突出此病,識別后可以自動用機器人輔助定位、操作和手術(shù);一些醫(yī)院正在開發(fā)像人一樣的腦部手術(shù),這是很危險的事。但是北港對人類大腦的定位和開發(fā)鉆探等工作已經(jīng)得到了很好的實例。11.1醫(yī)療機器人的定義和特性,9,像美國一樣,有1000多個機器人對人的眼球進行手術(shù);美國已經(jīng)對人的心臟瓣膜進行了手術(shù),成功實現(xiàn)了旁路手術(shù),在機器人領(lǐng)域也掀起了軒然大波。11.1醫(yī)療機器人的定義和特性,10,醫(yī)療機器人是獨立制定運營計劃,根據(jù)實際情況確定行動程序,然后將動作轉(zhuǎn)換為機械手的運動的智能服務(wù)機器人。因此,廣泛的感官系統(tǒng)、智能、模擬設(shè)備(周邊情況和自我機器人的認(rèn)識和自我認(rèn)識)從事醫(yī)療或輔助醫(yī)療工作。11.1醫(yī)療機器人的定義和特性,11,醫(yī)療機器人技術(shù)是融合醫(yī)學(xué)、生物力學(xué)、機械力學(xué)、材料科學(xué)、計算機圖形、計算機視覺、數(shù)學(xué)分析、機器人等多個領(lǐng)域的新交叉研究領(lǐng)域,具有重要的研究價值,在軍事和民間具有廣泛的應(yīng)用前景,是當(dāng)前機器人領(lǐng)域的熱點研究課題。醫(yī)療機器人主要用于傷兵的手術(shù)、搶救、運輸、康復(fù)。11.1醫(yī)療機器人的定義和特性,12 .但是將其他領(lǐng)域的機器人簡單地應(yīng)用到醫(yī)療領(lǐng)域?qū)嶋H上是不可能的。工業(yè)機器人以提高生產(chǎn)效率為目的,面臨著工業(yè)產(chǎn)品,醫(yī)療機器人必須直接接觸患者的身體,因此,這兩種機器人在安全性能力方面有很大的不同。由于過于意識到醫(yī)療機器人的安全性,日本目前的醫(yī)療機器人處于落后階段。11.1醫(yī)療機器人的定義和特性,13,目前醫(yī)療機器人的臨床應(yīng)用剛剛開始,很多企業(yè)正在加強這方面的研究和開發(fā)。但是,安全能力評價或相關(guān)社會保險等問題還不完善,因此普遍使用醫(yī)療機器人需要更多的時間。當(dāng)然,人們不難看到利用機器人進行人體醫(yī)療手術(shù)的電視直播,機器人學(xué)會也經(jīng)常舉行有關(guān)醫(yī)療機器人的研討會,甚至出現(xiàn)了有關(guān)醫(yī)療機器人的專題報道。醫(yī)療機器人成為外科學(xué)會和機器人學(xué)會共同關(guān)注的新興技術(shù)領(lǐng)域,在其他領(lǐng)域也是罕見的。11.1醫(yī)療機器人的定義和特性,14,11.1.1.2醫(yī)療機器人的特性近年來,醫(yī)療機器人和計算機輔助醫(yī)療手術(shù)技術(shù)在多個領(lǐng)域的跨學(xué)科領(lǐng)域興起,逐漸成為受關(guān)注的機器人應(yīng)用領(lǐng)域的尖端研究主題之一。該模型是為了最終實現(xiàn)多傳感器機器人的輔助手術(shù)位置和操作,為了進行醫(yī)療手術(shù)計劃和虛擬操作,在計算級別掃描圖像或MRI圖像的三維醫(yī)療模型。11.1醫(yī)療機器人的定義和特性,15,機器人在應(yīng)用領(lǐng)域有兩個突出的特點。一是可以代替人類工作,可以代替人做簡單的重復(fù)勞動,可以代替人在骯臟的環(huán)境和危險的環(huán)境中工作,也可以代替人做勞動強度很高的功業(yè)。二是擴大人類做難做的細致的作業(yè)、超快的作業(yè)等的能力。11.1醫(yī)療機器人的定義和特性,16,醫(yī)療機器人就是利用這兩種功能。醫(yī)療機器人有機器人的兩個基本特性,準(zhǔn)確的位置選擇,精密的動作,防止患者感染。例如:人工小于1毫米的血管縫合在血管縫合手術(shù)中很困難,使用醫(yī)療機器人可以用小于0.1毫米的精確度進行血管縫合手術(shù)。用醫(yī)療機器人手術(shù)可以避免醫(yī)生直接接觸患者的血液,大大減少患者感染的危險。11.1醫(yī)療機器人的定義和特性,17,準(zhǔn)確的位置和操作,微創(chuàng)手術(shù),可靠性,突破手術(shù)禁區(qū),通過遠程手術(shù),減少醫(yī)生的勞動強度,避免暴露在輻射或強有力的傳染病病原體里。11.1醫(yī)療機器人的定義和特性,18,與其他機器人相比,醫(yī)療機器人的特點如下。運營環(huán)境通常具有醫(yī)院、街道、家庭和非特定情況下的移動性和導(dǎo)航、識別和回避功能,以及智能人機交互界面。如果需要手動控制,還具有遠程控制功能。醫(yī)學(xué)機器人旨在以人、人體信息及相關(guān)醫(yī)療設(shè)備為對象,進行綜合工程、醫(yī)學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)藥、社會學(xué)等各領(lǐng)域的知識的研究課題。11.1醫(yī)療機器人的定義和特性,19,醫(yī)療機器人的材料選擇和結(jié)構(gòu)設(shè)計,必須在容易消毒滅菌的前提下安全可靠,沒有輻射。作為以人為工作對象的醫(yī)療機器人,其性能必須滿足對情況變化的適應(yīng)能力、工作的柔軟性、對危險的安全性、對人體和精神的適應(yīng)能力等。11.1醫(yī)療機器人的定義和特性,20,醫(yī)療機器人和醫(yī)療器械之間有信息通信接口,人機交互接口,臨床輔助設(shè)備接口和傷員轉(zhuǎn)移接口等一般對接接口,或預(yù)約。11.1醫(yī)療機器人的定義和特性,21,從技術(shù)上講,醫(yī)療機器人的發(fā)展基于機械設(shè)計和制造技術(shù)、傳感器應(yīng)用技術(shù)、自動控制技術(shù)、驅(qū)動技術(shù)、人機交互技術(shù)的幾種基本技術(shù)。11.1醫(yī)療機器人的定義和特性,22,醫(yī)療機器人具有以下優(yōu)點:1。準(zhǔn)確度越來越高。2??煽啃栽絹碓綇?。3 .傷口越來越小。4。應(yīng)用越來越廣泛。5 .競爭越來越激烈。11.1醫(yī)療機器人的定義和特性,23,11.1.1.3醫(yī)療機器人的應(yīng)用和特性1,手術(shù)機器人的準(zhǔn)確度高,可靠性高,準(zhǔn)確度高,提高了手術(shù)成功率。目前,手術(shù)機器人不僅完成了普通外科的手術(shù),還完成了腦神經(jīng)外科、心臟修復(fù)、膽囊切除、人工關(guān)節(jié)更換、泌尿外科、整形外科等的手術(shù)。2、醫(yī)療機器人位置和操作精度,微創(chuàng)手術(shù),可靠性,以及突破手術(shù)限制區(qū),通過遠程手術(shù)減少醫(yī)生的勞動強度,避免暴露于輻射或致命傳染病病原體。3、醫(yī)療機器人和計算機輔助定位系統(tǒng)在臨床應(yīng)用中滿足脛骨骨折閉合復(fù)位和交鎖髓內(nèi)固定,骨折復(fù)位和遠程鎖定釘插入減少術(shù)中x線透視時間,遠程遙控操作可靠性和方便性,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單,容易掌握。11.1醫(yī)療機器人的定義和特性,24,11.1醫(yī)療機器人11.2醫(yī)療機器人技術(shù)的發(fā)展11.3各種醫(yī)療機器人簡介,第11章醫(yī)療機器人,artificialineatelligenceandrobotics,2020/5/30,24,25但是隨著原子領(lǐng)域和宇宙開發(fā)領(lǐng)域的遙控器機器人技術(shù)開發(fā)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)的出現(xiàn),醫(yī)療領(lǐng)域也掀起了醫(yī)學(xué)機器人開發(fā)熱潮。目前醫(yī)療領(lǐng)域的機器人技術(shù)可以說是最發(fā)達的領(lǐng)域之一。11.2醫(yī)療機器人技術(shù)的發(fā)展,26,商業(yè)化的手術(shù)機器人最初于1994年在美國計算機公司開發(fā),本質(zhì)上是一種聲控制腹腔鏡自動“扶手”。允許進行微創(chuàng)手術(shù)的“欄桿”系統(tǒng)是第一個獲得FDA許可的產(chǎn)品,并獲得了臨床許可。速度控制仍然是迄今為止最直觀的操作概念。醫(yī)療機器人的概念是1996年制定的,早期大多數(shù)流行的醫(yī)療機器人是由美國的研究生產(chǎn)的。11.2醫(yī)療機器人技術(shù)的發(fā)展,27,IBM和加利福尼亞大學(xué)共同開發(fā)了ROBODOC關(guān)節(jié)機器人。歐洲從1992年開始用該工具做了數(shù)千次關(guān)節(jié)置換手術(shù)。整個手術(shù)過程非常準(zhǔn)確,但是ROBOD0C還沒有得到美國食品藥物管理局(FDA)的認(rèn)證,最近被懷疑會對生病的患者造成長期傷害。CASPAR機器人是可以進行膝蓋置換和顱面手術(shù)的類似系統(tǒng),在德國的0 rtomeaquet開發(fā),在URS0rtho銷售。但兩家公司都破產(chǎn)了,這個系統(tǒng)不再是臨床上允許的。11.2醫(yī)療機器人技術(shù)開發(fā),28,手術(shù)機器人于1997年3月在比利時布魯塞爾StPierre醫(yī)院完成了第一次腹腔鏡手術(shù)膽囊切除術(shù)。1998年,ComputerMotion開發(fā)的Zeus系統(tǒng)、IntuitiveSurgical開發(fā)的daVinci系統(tǒng)和endoVia開發(fā)的Laprotek系統(tǒng)都取得了成功。這三個系統(tǒng)都由醫(yī)生控制臺、機器人和內(nèi)窺鏡裝置三部分組成。開發(fā)11.2醫(yī)療機器人技術(shù),29,Zeus系統(tǒng)采用純信號方法,在傳輸距離控制機械臂,無論視頻延遲如何。Zeus系統(tǒng)于2001年9月首次成功完成了跨大西洋機器人腹腔鏡膽囊切除術(shù)。目前,手術(shù)機器人不僅完成了普通外科的手術(shù),還完成了腦神經(jīng)外科、心臟修復(fù)、膽囊切除、人工關(guān)節(jié)更換、泌尿外科、整形外科等的手術(shù)。11.2醫(yī)療機器人技術(shù)的發(fā)展,30,1998年5月,德國和法國兩位醫(yī)生合作,用遠程控制機器人系統(tǒng)為一名心臟患者成功進行了瓣膜修復(fù)手術(shù);2001年9月,法國醫(yī)生通過超級遠程控制醫(yī)療機器人,為美國紐約遠在法國的患者進行了膽囊切除手術(shù)作為很多成功案例,逐漸接受了這種特殊的“妙手神醫(yī)”。11.2醫(yī)療機器人技術(shù)的發(fā)展,31,雖然目前市場上成熟的手術(shù)機器人產(chǎn)品只有一個:美國的DaVinciSurgicalSystem(DaVinciSurgicalSystem),但達芬奇展示的“穩(wěn)定、準(zhǔn)、無情”的刀和小創(chuàng)立足以吸引很多術(shù)后恢復(fù)效果的患者。另一方面,“達芬奇”把150萬美元到200萬美元的售價放在個別患者仍然可以負擔(dān)的類別中。截至2010年3月31日,達芬奇系統(tǒng)在全世界銷售了1482臺。11.2醫(yī)療機器人技術(shù)的發(fā)展,32,外科機器人“達芬奇”-左:外科醫(yī)生和控制臺中:助手、機器人和手術(shù)臺右:影像系統(tǒng)(實際影像系統(tǒng)可以在控制臺和其他需要的地方看到),11.2醫(yī)療機器人技術(shù)的發(fā)展,33,1997年,手術(shù)機器人2001年9月7日,歷史上第一次橫渡大洋的長途駕駛手術(shù)同時在大西洋兩岸進行;2003年,“宙斯”公司ComputerMotion和“達芬奇”公司IntuitiveSurgical宣布合并后,達芬奇也成為了目前市場上唯一獲得美國食品藥物管理局(FDA)認(rèn)證的外科機器人產(chǎn)品。目前全世界有850多家醫(yī)院使用這種手術(shù)機器人。11.2醫(yī)療機器人技術(shù)的發(fā)展,34,加拿大衛(wèi)生部門2011年4月宣布,將在國內(nèi)普及實施具有特別敏感觸覺的神經(jīng)外科手術(shù)的機器人。醫(yī)生們可以通過最清晰的視覺進行腦部顯微手術(shù)。其準(zhǔn)確度即使是一縷頭發(fā)和最小的神經(jīng)也能有清晰的三維圖像。這個機器人去年4月在卡爾加里山腳下的醫(yī)院首次成功使用。11.2醫(yī)療機器人技術(shù)的發(fā)展,35,2010年5月10日,英國倫敦皇家醫(yī)學(xué)會表示,英國將開始普及能緩解國內(nèi)護士短缺,顯著提高護理效率和安全性的醫(yī)療機器人護士。此前,4月1日在倫敦展出了這個“機器人護士”,頭上安裝了多臺激光和熱成像相機,在聲音識別技術(shù)的幫助下,可以及時與患者對話,切斷未經(jīng)許可的訪客。“機器人護士”的“胸部”是一個控制面板,可以通過編程輸入一些復(fù)雜的操作說明。那個“腹部”裝有隨時檢查患者體溫的紅外傳感器。11.2醫(yī)學(xué)機器人技術(shù)的發(fā)展,36,盡管如此,手術(shù)機器人的很多方面需要持續(xù)改進和改進,通過添加“人工視覺”系統(tǒng),在手術(shù)過程中監(jiān)測手術(shù)野,輔助手術(shù)者可以做出判斷,提高手術(shù)安全性;使用軟件處理觸覺和視覺圖像的集成、分割和合成。提供穩(wěn)定的觸覺控制,識別不同的人體組織,進行主要解剖結(jié)構(gòu)的圖像識別和圖像分割。觸覺反饋和位置感很好。11.2醫(yī)療機器人技術(shù)的發(fā)展,37、微電子機械技術(shù)的持續(xù)發(fā)展,通過對微型機器人、甚至納米機器人的技術(shù)支持,直接進入人體器官內(nèi)部進行工作,完成組織取樣、血管疏通、藥物固定放置、顯微手術(shù)、細胞操作等普通醫(yī)療技術(shù)和手段不可能完成的工作。11.2醫(yī)療機器人技術(shù)的發(fā)展,38,目前國外正在開發(fā)體內(nèi)自主駕駛診斷治療,體內(nèi)顯微手術(shù),體內(nèi)藥物直接推出微型手術(shù)機器人。醫(yī)生用注射器將微型機器人推入人體內(nèi)部的微生物傳感器中檢查人體組織,發(fā)現(xiàn)有病變的組織后,微型手術(shù)機器人會直接對有病的組織進行手術(shù),并注入藥物。11.2醫(yī)療機器人技術(shù)的發(fā)展,39、醫(yī)療機器人技術(shù)將現(xiàn)有醫(yī)療儀器與信息技術(shù)、機器人技術(shù)相結(jié)合,是近年來多領(lǐng)域新的研究領(lǐng)域,也是當(dāng)前國際機器人領(lǐng)域最前沿的研究熱點之一。11.2醫(yī)療機器人技術(shù)的發(fā)展,40,11.2.
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