介入手术医疗机器人末端执行器毕业设计论文.doc

济南大学毕业设计 2 - 毕业设计 题 目 介入手术医疗机器人末端 执行器设计 学 院 机械工程学院 专 业 机械工程及自动化 班 级 机自0703 学 生 戴宗杰 学 号 20070403028 指导教师 赵洪华 二〇一 年 月 日 PAGE 1 前言 随着社会的进步和科技水平的不断提高，人类对自身的健康给予了越来越多的关注。这使得医生不仅要在传统生理医学有所成就，还要学习应用医疗机器人，这为医疗机器人的研究提供了客观条件。微创医疗机器人具有手术创伤小、痛苦少、操作方便、定位精度高等优点，因此得到了广大医生的认可，具有广阔的应用前景[1]。 据世界卫生组织调查统计，心脑血管疾病是人类疾病死亡的第一“杀手”，我国每年死于这类疾病的患者有300多万。因而血管介入手术的发展对患者来说至关重要。 血管介入手术：医生在血管造影成像（DSA）系统[2]的引导下，操控导管在人体血管内运动，达到栓塞畸形血管、溶解血栓和扩张狭窄血管等治疗目的。 介入医学与外科学、内科学并称为三大医疗技术，是医学中最年轻而又发展最快的一门学科。传统的血管介入手术需要医生徒手操作：稳定性差，手工操作抖动；X-Ray辐射，平均照射时间17分钟；间断性监控具有潜在性风险；操作技巧性强，培训时间长等种种因素影响患者生存质量，限制了血管介入手术的广泛应用。 先进的血管介入手术由机器人辅助操作: 运动精度、定位精度高；刚性、稳定性好；远程操作，避免辐射；利用VR技术，开展培训。因此研究介入手术医疗机器人对于广大心血管疾病患者来说具有重要的意义。 2 课题综述 2.1 介入手术医疗机器人的研究意义 随着科技的不断进步，医疗技术也在不断的发展，现代的外科手术是朝着无创、微创方向发展，介入手术代替了过去的“开放式”手术，实现了微小创伤的治疗。但是传统的血管介入手术需要医生徒手操作，有时间长，辐射大，培训成本高等缺点，严重影响了患者的生存质量。如图2-1所示，就是传统的血管介入手术，医生需要长时间徒手操作，对医生的技术水平要求较高；同时因为在射线下工作，对医生的的身体伤害很大。这些都严重限制了血管介入手术的发展。 本文将医疗机器人技术应用于血管介入手术中，，医生可以遥控操作医疗机器人进行临床手术，并可简化医生的手术培训工作。开展医疗机器人手术系统的研究和临床应用，可以增强手术的动态可视化、简化手术操作过程、提高手术成功率、减少手术过程中患者的痛苦、缩短病人的康复周期等方面发挥重要的作用。 综上所述开展介入手术医疗机器人的研究具有重要的实际意义，而且对于医疗技术的进步乃至人类社会的发展都起到至关重要的作用。 图2-1 血管介入手术 2.2 介入手术医疗机器人的发展前景 随着生活水平的提高与人口老龄化的日益严重，我国每年都会新增数百万各类血管疾病患者。在现有的医疗条件下血管介入手术是患者最好的选择，血管介入手术范畴包括三类：（1）外周介入：周围血管疾病，如肿瘤的动脉化疗、动脉狭窄的扩张；（2）心脏介入：心血管疾病，如冠心病支架成型，先心病封堵；（3）神经介入：脑血管疾病，如脑动脉瘤栓塞、脑梗塞。因而介入医学成为了与外科学、内科学并称的三大医疗技术，是医学中最年轻而发展又最快的一门学科[3]。 但是传统的血管介入手术缺点太多，成本过高，极大的限制了其在实际生活中的应用。因而无论是患者还是医生都对血管介入手术医疗机器人技术表现出极大的热情，希望引入机器人技术，使医生避免手术中的辐射伤害，让患者减少痛苦，提高生存质量。 西方某些发达国家非常重视医疗外科机器人的研究，并迅速推进其产业化。美国的Stereotaxis公司与西门子公司在十年前就开始研究介入手术医疗机器人，并且已经推出了数字平板磁导航血管造影系统[4]，用于血管介入性心血管疾病的治疗。 2008年全球血管介入手术方面的治疗费用大约为110亿美元，中国占到了30～35 亿美元。欧洲有近18 亿美元的市场需求，美国则接近29亿美元。然而，我国现有的血管介入手术系统无法满足国内的需求。因此，我们从国情出发，研究医疗机器人与介入手术结合的技术，充分符合国情，具有广阔的发展空间与重要的实际意义。 2.3 介入手术医疗机器人的发展现状 2.3.1 医疗机器人的概述 医疗机器人技术是集医学、生物力学、机械学、机械力学、材料学、计算机图形学、计算机视觉、数学分析、机器人