骨科手术机器人专家讲座.pptx

目录引言先进机器人技术在医疗外科手术规划模拟、微损伤准确定位操作、无损伤诊疗与检测、新型手术医学治疗方法等方面得到了广泛应用，这不但促进了传统医学革命，也带动了新技术、新理论发展。手术机器人构型针对上述要求，对于医疗外科机器人手臂，能够总结出设计普通要求是:1)易于实现高定位精度;2)运动直观性强，易于医生进行人机交互;3)在相同结构尺寸下，工作空间尽可能大;4)在到达相同工作空间条件下，手臂本体占据空间小;为了到达空间一定范围内任意位置，机器人手臂最少要求有三个自由度。而且依据上述要求我们选择串联机构。依据计算、试验及实践可得，其中圆柱坐标、SCARA型、直角坐标被认为是很好结构形式，当前大多数医疗外科机器人采取这三种结构。如瑞士一个用于神经外科立体定向手术机器人属于直角坐标结构；美国Zeus和Aesop机器人手术系统应用SCARA型；而ROBODOC辅助手术系统就属于圆柱坐标结构。手腕当被操作物体或工含有姿态要求时，就需要在机器人手臂末端联接实现姿态要求手腕。为便于控制，减小姿态参数之间干扰，依据所需要实现操作来确定手腕关节构型是非常主要。依据并联机构含有刚度大，结构稳定，运动惯性小，精度高等特点，能够采取并联机构作手腕关节。并联机构1965年，德国Stewart创造了六自由度并联机构，并作为飞行模拟器用于训练飞行员。1978年澳大利亚著名机构学教授Hunt提出将并联机构用于机器人手臂。1994年在芝加哥国际机床博览会上首次展出了称为“六足虫”(Hexapod)和“变异型”(VARIAX)数控机床与加工中心并引发了轰动。串联机构与并联机构对比骨科手术机器人1985年，美国采取Puma560工业机器人完成了脑组织活检中探针导向定位。1989年，英国利用改进6自由度Puma机器人，开展了前列腺切除手术，大大缩短了手术操作时间。1996年德国KuhnC研究了用于微损伤外科基于虚拟现实手术训练系统。1992年英国DaviesBL研究了基于PUMA262脑外科机器人系统；1997年德国LuethTC研究了基于并联机器人机构用于头部外科手术机器人手术系统；美国计算机辅助整形外科手术研究所、西宾西法尼亚医院和卡内基·梅隆大学机器人研究所研制了用于关节整形手术微型六自由度并联机器人。哈工大辅助正骨机器人系统北航机器人牵引装置Robodoc手术系统Mars手术系统crigos系统美国显微外科手术系统当前，C型臂在我们大中小型医院最为普及，而且一旦出现术中其它特殊情况，仍可采取暂时拍摄X光图片加以赔偿。北航髓内钉锁孔导航系统关节整形手术系统HipNav全膝关节置换系统美国脊柱手术系统及其测试环境远程手术手术机器人是经过将术者手术操作转化为数字信息,传递给机器人操作臂,控制操作臂来完成手术。年9月,在美国纽约外科医师经过观看电视屏幕操纵机械手,远距离(7000km外、横跨大西洋，平均延时115ms)遥控位于法国斯特拉斯堡医院手术室里宙斯机器人,为一位68岁患者成功进行了腹腔镜胆囊切除术,整个手术仅耗时54min,术后无并发症发生。远程胆囊摘除术CAOS系统对于CAOS系统主要组成部分——手术机器人，我们有以下要求：1.选择适当机构构型：串联机构因为运动范围大、动作灵巧，适合于胸腔手术、腹腔手术等场所应用，用于操持内窥镜或下场手术器械；并联机构因为结构紧凑、刚性好、精度高、运动范围小，适合于骨科等要求移动量较小、出力大场所。将串并两结合，发挥二者优点，是未来医用机械发展趋势；2.小型化，结构紧凑，便于安装和维修；3.符合医生习惯，设计前应充分了解手术过程，个机构适合手术特点，便于操作；4.方便消毒，确保系统安全性；CAOS系统普通工作步骤1.术前规划(1)获取患者损伤部位相关医学图像；(2)图像处理及骨骼三维建模；(3)建立假体三维模型；(4)将假体三维模型与骨骼三维模型进行配准；(5)位置调整与优化；(6)确定手术方案。2.术中干预(1)把患者固定在手术台上并定位；(2)将切割三维模型输入机器人控制器；(3)确定机器人和患者基准点；(4)机器人或医生执行手术动作；(5)整个手术过程严格监视患者移动。3.术后评价(1)把机器人移离患者，松开患者；(2)检验手术效果，是否需再次手术；(3)后续观察是否有手术后遗症或不良反应；(4)依据各次临床反应来优化机器人设计。CAOS系统存在缺点（1）触觉反馈体系缺失（2）手术机器人器械臂固定以后,其操作范围受限；（3）整套设备体积过于庞大,安装、调试比较复杂；（4）系统技术复杂,在使用过程中可能发生各种机械故障；（5）手术前准备及手术中更换器械操作耗时较长；（6）安全性问题较为复杂，包括外科机器人体系结构、机器人运动机械约束、多传感器监测等技术,当前还未能够形成一个普遍认可安全标准。同时，国内外在机器人辅助骨