毕业设计(论文)开题报告无框架立体定向神经外科手术机器人精密手术执行机构设计.doc
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1、 南 京 理 工 大 学毕业设计(论文)开题报告学 生 姓 名:滕大伟学 号:0101140126专 业:机械设计制造及其自动化设计(论文)题目:无框架立体定向神经外科手术机器人 精密手术执行机构设计指 导 教 师:施祖康 2005年3月15日毕 业 设 计(论 文)开 题 报 告1结合毕业设计(论文)课题情况,根据所查阅的文献资料,每人撰写2000字左右的文献综述:文 献 综 述摘要:医用机器人在提高诊断和治疗的质量方面起着越来越重要的作用,具有广阔的应用前景。对医用机器人的研究现状进行了分析和综述,探讨了国内外最新的研究成果,并对其今后的发展趋势进行了展望。关键词:医用机器人 立体定向 神
2、经脑外科手术 引言 随着社会的进步和生活水平的不断提高,人类对自身疾病的诊断、治疗、预防以及卫生健康给予越来越多的关注。人们尝试将传统医疗器械与信息、微电子、新材料、自动化、精密制造、机器人等技术有机结合,以提高医疗诊断的准确性和治疗的质量。在这种情况下,医用机器人和数字化医疗仪器设备得到了迅速的发展,已经成为当今世界发展速度最快、贸易往来最活跃的高科技产业之一,堪称全球性的“朝阳工业”。医用机器人不仅可以协助医生完成手术部位的精确定位,而且可以实现手术最小损伤,提高疾病诊断、手术治疗的精度与质量,提高手术安全,缩短治疗时间,降低医疗成本。许多发达国家纷纷设立专项计划,研究和开发微创外科机器人
3、,并将研究成果迅速转化为产品,形成新的产业,其发展速度远远超过一般工业,估计在今后五年里还会以每年2030的速度增长。 发展我国自己的医用机器人和数字化医疗设备产业,对于提高人民生活质量、促进医疗体制改革具有重要现实意义。同时,对于信息、新材料、自动化和机器人等交叉学科的前沿高技术发展、高层次人才培养、标准专利战略实施也都具有积极的促进作用。1.医用机器人的背景 近几年来,以医疗机器人和计算机辅助医疗外科技术为主要研究内容的虚拟手术已经成为越来越受到众多的学者和研究机构关注的国际前沿研究热点之一,并在手术领域掀起一场以达到最小侵入为目的的微创手术革命。 医疗机器人是集医学、生物力学、机械学、机
4、械力学、材料学、计算机图形学、计算机视觉、数学分析、人工智能、机器人等诸多学科为一体的新型交叉研究领域。它是基于xRAY、CT、MRI图像的三维医疗模型,对医疗外科手术进行规划和虚拟操作,最后实现多传感器机器人的辅助定位和操作。目前已经在医疗外科手术规划模拟、微损伤精确定位操作、无损伤诊断与检测、新型手术医学治疗方法等方面的应用。开展这方面的研究将促进传统医学的革命,在精确定位手术、最小创伤手术、提高手术质量等方面将带来一系列的技术变革,而且将改变常规医疗外科的许多概念,对新一代手术设备的开发与研制,对人工假体的设计,对医学的教学与研究,对临床或家庭护理及康复工程等方面的发展产生深远的影响,并
5、对智能机器人、计算机虚拟现实、微机械电子学等相关学科的新技术、新理论理的发展产生积极的推动作用。 国内医用机器人研究刚刚起步,其规模和范围尚不能满足外科手术发展的多样化需求。一些医院引进了国外高技术医疗器械公司的产品,一方面遇到了价格昂贵、维护成本高的突出问题,另一方面一些引进的产品不符合国情,过于超前或操作功能太复杂,不能有效发挥作用。因此,开展尤其是面向未来精确疾病检测高精尖医疗设备、微创外科医疗机器人、家庭卫生医疗健康等高新技术医疗器械将在中国具有广阔市场,具有显著的社会效益和经济效益。2.医用机器人的研究发展进展 微创外科手术可以分为内镜引导的微创手术和体外图像引导的微创手术两种类型。
6、与传统手术相比,由于微创外科手术对健康组织的创伤小,并且病人体表伤口明显缩小,从而减少了各种手术并发症,提高了患者术中和术后身心舒适度,缩短了术后恢复时间,降低了住院费用。因此,受到医生和患者的普遍欢迎,是外科手术发展的必然趋势,具有广阔的应用前景。医用机器人用于微创医疗外科手术,可辅助医生进行术前诊断和手术规划,在手术中提供可视化导引或监视服务功能,辅助医生高质量地完成手术操作。其中立体定向外科手术是近年来迅速发展的微创伤外科手术的主要方法,但由于在手术中一直需要框架定位并支撑手术工具,从而给病人带来了一定痛苦和心理恐惧。另外人工调整导向装置,手续烦琐,消耗时间,精度有限。 医用机器人在手术
7、中主要用于导航定位和辅助插入手术工具,可以使病人摆脱框架的痛苦,同时机器人辅助立体定向外科手术还具有操作稳定,定位精度高的优点。 早在1988年,加拿大YSKwoh研究了基于PUMA262的立体定向外科机器人系统,十几年来各国研制出许多微创外科机器人系统应用于立体定向外科手术。MINERlFA是一种典型的立体定向外科机器人系统,它的机器人与CT固联在一起,病人头部固定在手术床上。机器人末端装有手术工具自动转换设备,可以根据医生需要更换手术工具。CT图像在手术过程中实时导引机器人末端的工具连续运动,完成医生规定的操作。Wapler等人则研制了具有并联机构的微创外科机器人系统用于立体定向外科手术,
8、机器人联接在C型臂上,插入颅内的内窥镜将手术的实时图像显示在计算机上,医生可以坐在手术台边操纵机器人完成手术。就国内而言,在我国863计划的支持下,由海军总医院和北京航空航天大学机器人所联合组成攻关小组,研究开发了机器人辅助无框架定位手术系统。从2001年截止目前,海军总医院全军神经外科中心,应用机器人辅助无框架定位手术系统共实施临床手术607例。3.医用机器人系统和数字化医疗仪器设备的研究展望 随着医学的发展和我国医疗体制改革的进行,传统的医疗观念也发生着变化,预防和保健得到了越来越多的重视。与这一需求和趋势相对应,医用机器人系统和数字化医疗仪器设备在保健、诊断、治疗、康复、服务等方面将发挥
9、重要的作用。 在治疗、检测和康复方面,医用机器人的应用广度和深度将进一步得到加强,在手术质量、精确定位、手术安全等各种性能指标上有所提高,同时拓宽医用机器人的应用领域,探索新的医疗外科和治疗方法,如微创伤、内窥镜、xRAY辐射介入性治疗、显微外科、康复等,以及利用微小型机器人进行腹腔、肠道、静动脉等检测与治疗。另外,医疗机器人和遥控操作以及网络技术的结合,也将为遥控医学的发展奠定重要的基础。 结束语我国人口众多、医疗机构分布广泛,医用机器人和数字化医疗设备产业市场潜力很大,前景广阔。人世后全球采购的良好国际环境,也为在短时间内树立我国自己性能良好、可靠性高、价格适中的中国品牌数字化医疗设备创造
10、了良好发展机遇。参考文献1) 丑武胜 王田苗. 医用机器人与数字化设备的研究和发展.机器人技术与应用,2003.42) 机器人技术主题2003年重点课题研究进展之二未来社会发展篇.机器人技术与应用,2004.23) 费保蔚 庄天戈.医用机器人与计算机辅助外科手术的进展和应用. 北京生物医学工程,1998.17(1)4) 王永林. 工业机器人技术概述与前瞻.兵工自动化,2004.23(4)5) 岩明机器人技术发展预测机器人情报,1991.16) 王田苗,宗光华,张启先新应用领域的机器人医疗外科机器人机器人,1996.18(增刊) 7) 林良明,丁洪.机器人技术在医疗和福利工程中的应用研究世界医疗
11、器械,1997.38) 景扶苇 王伯华.医用手术机器人.机器人技术与应用,2001.49) 田增民,王田苗.刘宗惠等.机器人系统辅助脑立体定向手术.军医进修学院学报,1998.19 (4)10) 王伟.世界机器人2002年统计数据. 机器人技术与应用,2004.511) 杨晓光.揭开脑外科机器人的神秘面纱. 首都医药,2001. 8 (6) 12) 田增民,赵全军,杜吉祥.无框架脑立体定向手术. 军医进修学院学报,1994. 1213) 田增民, 刘宗惠, 杜吉祥.新型机械臂在脑外科定向手术中的应用.中华神经外科杂志,2000. 16(2)14) 田增民.神经导航与无框架脑立体定向手术在神经外
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