接骨机器人毕业设计绪论.docVIP

第1章 绪论 1.1 课题背景 (宋体、小四号字，行距20磅) 社会在发展，交通运输业、工业及建筑业越来越发达，随之而来的工业及交通事故的发生也越来越多，骨科创伤的患者也持续增加，尤以重症患者增长率上升趋势明显，给整个社会造出巨大的生命及财产损失。骨科创伤有以下几个原因，首先是交通事故，要占到45％。2000年的统计数据结果显示：全球范围内，每年因交通意外事故致伤者多达1500万人，平均约每2秒钟就受伤1人。在美国的统计数据总，创伤导致的医疗费用支出要占到医疗总费用的12％左右，若以2001年为例，因伤导致的经济负担己经达到可怕的5169亿美元。在我国，随着经济建设的逐步发展，车辆拥有率迅速增加，而整个社会，对这种突然改变的交通环境却未能作好充分的物质与心理准备，意外车祸发生率与年俱增。以北京为例，截止2012年月底，机动车保有量已突破520万，手术难度也不一样。接骨手术的第一个步骤是要实现断裂骨头的复位。传统的复位手术通常由医生手工完成，即需要两个医生分别拽住病人的断骨近端和远端，来进行牵引及复位，这不但需要医生要有很高的手术技巧，而且要很大的工作强度，但最终手术效果却不一定让人满意，因为，难以保证精度。现代，开发出许多新型的骨科医疗器械，来辅助医生，如各种骨科的牵引床架、固定支架等，有时为了提高手术成果，手术时医生通常要利用X光进检测，甚至有时需要直接在X光下进行操作，这对医生的健康造成很大的伤害。 目前大多数骨科设备还无法从根本上解决掉医生受到线、疲劳影响，心理和体力上因素成为制约手术效果的主要原因。如果将计算机和机器人技术引入到骨科领域，开发出新一代的数字化智能化骨科手术医疗设备，成为人们的共识及目标，现在国际上已经开发出了若干医疗用机器人，用于辅助关节置换等一些骨科手术，但是临床需求大、能够解决不好临床问题的牵引复位机器人还未见报道过。骨折的治疗方向是逐渐向规范化、微创化甚至无创化发展。特别是目前已经广泛推崇的生物接骨技术，强调不干扰到骨折区和通过影像引导间接复位，对骨折的治疗技术的发展起到了有力推动。 1.2 国内及国外研究动态 1.2.1 国外的主要研究动态 1992 年美国Integrted Surgcal Systms公司推出了ROBODOTM机器人，它是在传统的工业机器人技术基础上开发得到的，可以成功完成全髋骨的替换、修复及膝关节置换，该系统是根据CT图片进行 3D建模和手术规划的，为手术提供必需的数据。1995 年英国的Hull大学开发了计算机辅助的髓内钉锁定系统，只要 2 幅图像就能实现定位。2002 年，以色列希伯来大学计算机和工程学院成功的研发出了用于长骨骨折髓内钉锁定机器人系统，但是该系统中的机器人必须要与髓内钉的头端联接或者直接固定在病人断骨上。 2000 年，美国 Compute Motion 公司研制出“ZEUS”机器人外科手术系统。这个系统可以让外科医生突破传统微创伤手术界限，将手术精度和水平提高到了新的高度，降低了病人的痛苦、创伤和医疗费用，缩短了康复周期，同时也减轻了医生的疲劳感。“ZEUS”系统采用了主从遥操作技术，包括一对主手和监视器构成的控制平台及由三个机器人手的臂构成的从手系统，如图 1-1 所示。通过“ZEUS”系统，医生在舒适的工作环境下，操纵主手动作，通过控制台上的监视器实时监视手术过程；在手术点，从手地复制并微缩主手的动作，完成手术操作。从手三个机械手中，通常一个是用来放置内窥镜的，另外两个用来操纵手术器械，例如著名的“跨洋手术”就是用“ZEUS”系统完成的。 图 1-1 ZEUS 机器人外科手术系统 2000 年，美国 Intuitiv Surgcal 公司成功开发出 Da Vinci（达·芬奇）外科手术系统。它包括一个医生控制平台和多功能手术床、手术器械和图像处理设备。手术时医生在控制台上用主手操作机器人动作，用脚踏板来控制高质量的视觉系统。多功能手术床包括2个机器人手臂和一个内窥镜挟持手臂。为了避免损伤患者细组织及神经，内窥镜手臂在手术切1cm台上回转。Da Vinci 系统可以为医生提供开放式手术式的直觉控制、运动范围和组织处理能力，医生在别的房间甚至其它医院里进行远程控制机械手来进行修复心脏瓣膜等多种精密的手术。如果医生在操纵控制杆时手臂发生了颤抖，系统可以自动纠错，避免误操作。此外，机械臂还能完成一些人手无法完成极为精细的动作，手术切口也可以很小，从而缩短患者手术后恢复时间，同时提高手术效率，节约费用。图 1-2 为 Da Vinci 外科手术机器人系统。 图 1-2 Da Vinci 外科手术机器人系统 2005 美国的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的微型六自由度并联机器人。