机器人与医学.pdfVIP

机器人与医学 作者：徐亮 指导老师：李锐 摘要：机器人技术必将成为未来医疗发展的主流方向，并会给传统医疗带来巨大变化。本文归纳整理了医 疗机器人的发展历史及现状，系统阐述了介入式内窥镜机器人、辅助外科手术机器人、医疗辅助机器人、 纳米机器人和生物机器人五类主要类型，并指出了未来医疗机器人的发展方向我 关键词：医疗机器人，辅助外科手术机器人，内窥镜机器人，生物机器人，辅助医疗机器人 0 引言 医疗机器人技术已经成为国际前沿研究热点之一，是从生命科学与工程学理论、方法、工具的角 度，将传统医疗器械与信息技术、机器人技术相结合的产物，是诸多学科交叉的新型研究领域。 1 介入式内窥镜机器人 目前介入式内窥镜医疗机器人的应用以消化道诊疗装置为主。这是由肠道在人体中的特殊地位决定 的。消化道两端有自然开口与外界相通，肠道内窥镜很容易由人体的自然开口进入。所以消化道是最早为 内窥镜所触及的领域。消化道诊疗装置以传统内窥镜、诊疗胶囊为主，肠道机器人则大多处于研究中，具 体可分为半介入式与全介入式内窥镜。 1.1半介入式内窥镜 [1] 半介入式内窥镜是最早出现的内窥镜，也是目前消化道内窥镜的主流。其发展过程分如下几个阶段。 1.1.1 硬性内窥镜 1795年法国的Bozzine首次提出了内窥镜的设想，并利用硬式内窥镜观察了直肠和子宫。1868年 Kussmaul受到吞剑师表演的启发制成了第一台胃镜。1880年电灯发明，从此作为内窥镜的光源，大大提高 了观察效果。此后各种内窥镜相继问世，但都是使用传统光学元件和硬性金属管制成的直管型内窥镜。 1.1.2 软性内窥镜 1932年Schindler发明了一种半可曲式胃镜，开创了软性内窥镜的新阶段。但直到光纤的出现，内窥镜 才名符其实地成为软性医疗器械。它的出现使医用内窥镜真正地可以自由弯曲，使其在功用和肠道适应性 方面都取得了突破性进展。直至今日，光导纤维风窥镜仍以其优越综合性能得到普遍的应用，是内窥镜的 一大主流。 1.1.3 电子内窥镜 1983年美国Welch-Allyn公司推出世界上首台电子内窥镜，被称为第三代内窥镜。之后一些公司对这种 内窥镜进行了广范的开发和研究，掀起了一股“电子内窥镜热潮”。电子内窥镜的最大特点是采用CCD元件 file:///C/Users/Administrator/Desktop/学料/机器人与医学.txt[2015/6/2 23:15:09] 将观察到的物像由光信号转换成电信号并传输到视频中心进行处理，达到最终显示的目的。电子内窥镜的 功能相比光导纤维内窥镜更进一步，正逐渐受到广泛应用。 1.1.4 内窥镜机器人 鉴于全介入式内窥镜机器人技术存在的种种技术难题，传统内窥镜机器人化便成为内窥镜的又一发展 思路。1999年英国Heriot-Watt大学Robinson 和Davies提出了连续体型机器人(Continuum Robot)[2]，为内 窥镜机器人化奠定了基础。美国克莱姆森大学的Walker 和Gravagne 等人对连续体机器人进行了大量研 究，研制了仿象鼻机器人、仿章鱼触角机器人、搬运物体的连续体机器人等多种形式的连续体机器人[3-5] [6] 。哈尔滨大学设计了一种新型的连续体型肠道机器人系统 。连续体型机器人同时还向微小化方向发展， 使其同样可以运用于消化道诊疗以外的领域，如Yan Bailly研制的主动脉瘤治疗机器人[7]，Simaan等研制 的喉咙外科手术机器人[8]。 1.2 全介入式内窥镜 全介入式内窥镜根据动力来源又可分为被动式的胶囊内镜和主动式消化道机器人。 1.2.1 胶囊内镜 胶囊内镜以胃肠道的蠕动为动力，不具备自主行动力，以以色列Given Imaging公司的“M2A”[9]为代 表，其特点是：体积小，服用方便无痛苦且无损伤；但工作时间受限，针对性差。1.2.2 消化道机器人 早在1988年Ikuta就提出了以微小机器人代替传统的内