醫(yī)用機器人專業(yè)知識專家講座

機器人引論第9章醫(yī)用機器人醫(yī)用機器人專業(yè)知識專家講座第1頁第9章醫(yī)用機器人9.1醫(yī)用機器人特點9.2醫(yī)用機器人分類9.3醫(yī)用機器人控制9.4醫(yī)用機器人應(yīng)用醫(yī)用機器人專業(yè)知識專家講座第2頁9.1醫(yī)用機器人特點醫(yī)用機器人和工業(yè)機器人在以下方面含有顯著區(qū)分：(1)直接與人（患者、護理人員等）接觸。(2)作業(yè)內(nèi)容改變無常。(3)不能發(fā)生誤動作。(4)機器人使用者都是非專業(yè)人員。醫(yī)用機器人對象主要是病人，所關(guān)注是人生命，所以對機器人安全性方面有很高要求。除了安全性之外，醫(yī)用機器人還含有定位準確、狀態(tài)穩(wěn)定、能夠?qū)崿F(xiàn)手術(shù)微創(chuàng)、縮短醫(yī)療時間、降低醫(yī)療成本等特點，能大大提升手術(shù)質(zhì)量。醫(yī)用機器人專業(yè)知識專家講座第3頁9.2醫(yī)用機器人分類應(yīng)用領(lǐng)域裝置示例檢驗、診療基于圖像診療確定病灶位置裝置、確定診療探頭位置裝置、生理檢驗支援系統(tǒng)治療手術(shù)支援機器人、顯微外科支援機器人、放射線治療標定位裝置等醫(yī)院內(nèi)部間接作業(yè)檢驗樣本輸送裝置、食物輸送機器人、藥品分發(fā)機器人康復(fù)支援步行訓(xùn)練支援、韌性訓(xùn)練支援自立支援步行支援、動力裝置、飲食支援機器人護理支援轉(zhuǎn)移支援裝置、環(huán)境控制裝置醫(yī)學(xué)教育培訓(xùn)心肺移植仿真、內(nèi)窺鏡操作仿真、內(nèi)窺鏡下手術(shù)仿真生物科學(xué)支援顯微受精支援系統(tǒng)、細胞操作醫(yī)用機器人專業(yè)知識專家講座第4頁9.2.1醫(yī)用外科機器人1計算機外科在術(shù)前利用X射線、MRI-CT等各種三維醫(yī)用圖像測量技術(shù)，取得器官三維結(jié)構(gòu)信息，并據(jù)此建立對象立體形狀模型。另外，還能夠利用質(zhì)子射線斷層成像法（PET）、核磁共振圖像（f-MRI）、腦磁場測量（MEG）等檢測方法把功效信息和解剖學(xué)信息綜合起來建模，再經(jīng)過重復(fù)外科手術(shù)仿真，建立手術(shù)綜合規(guī)劃。利用術(shù)前手術(shù)規(guī)劃信息控制高精度機械系統(tǒng)，有利于高精度手術(shù)實施，甚至有些人正在將此技術(shù)應(yīng)用于遠程手術(shù)（手術(shù)醫(yī)師與患者不在同一物理空間中）。所謂不在同一物理空間中并非指簡單距離分隔，還包含醫(yī)師手臂無法抵達部位作業(yè)。手術(shù)支援機器人就是這么一個高性能手術(shù)器械，它相當(dāng)于外科醫(yī)師一只“新手”。計算機外科（computeraidedsurgery）就是在上述機電一體化技術(shù)驅(qū)動下外科手術(shù)支援技術(shù)。醫(yī)用機器人專業(yè)知識專家講座第5頁2手術(shù)導(dǎo)航技術(shù)手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)功效是在計算機顯示器上顯示出斷層圖像或三維CG，在手術(shù)操作過程中把手術(shù)部位圖像實時顯示在CG上。因為手術(shù)醫(yī)師能夠自如地掌握操作部位及其周圍三維結(jié)構(gòu)，所以能夠提升手術(shù)安全性、效率和有效性。當(dāng)前有些人正在研究一個更高級手術(shù)導(dǎo)航技術(shù)，即不但僅在畫面上提供上述信息，而且把醫(yī)師觀察到實際空間與虛擬空間信息正確地重合在一起，以構(gòu)建用于手術(shù)空間導(dǎo)航信息提醒超現(xiàn)實感環(huán)境。手術(shù)導(dǎo)航位置測量系統(tǒng)除了對再現(xiàn)性和精度有要求之外，因為它是在手術(shù)空間中使用，所以有殺菌要求。當(dāng)前使用三維位置測量系統(tǒng)有：機械式、光學(xué)式和磁性式。醫(yī)用機器人專業(yè)知識專家講座第6頁3醫(yī)用外科機器人分類分類方式種類功能按應(yīng)用形態(tài)分類導(dǎo)航機器人手術(shù)器械等輔助定位治療機器人主動手術(shù)鉗主從機械手按產(chǎn)生力分類被動型機器人手術(shù)醫(yī)師動作約束手術(shù)醫(yī)師操作修正主動型機器人產(chǎn)生自主力完成動作按控制方式分類術(shù)前規(guī)劃固定作業(yè)型由術(shù)前圖像組成三維位置數(shù)據(jù)確定病灶，導(dǎo)引手術(shù)器械，或者進行切除作業(yè)手術(shù)中柔性作業(yè)型作為手術(shù)輔助裝置，使手術(shù)醫(yī)師作業(yè)更為多樣化醫(yī)用機器人專業(yè)知識專家講座第7頁4醫(yī)用外科機器人系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)醫(yī)用外科機器人系統(tǒng)集中了多個領(lǐng)域科學(xué)和工程技術(shù)，它既不一樣于工業(yè)機器人系統(tǒng)主要完成重復(fù)性操作，也不像智能機器人系統(tǒng)含有高度自主性。因為外科手術(shù)比較復(fù)雜，外科手術(shù)機器人系統(tǒng)工作過程普通能夠分為數(shù)據(jù)獲取、術(shù)前處理和術(shù)中處理三大階段。醫(yī)用外科機器人系統(tǒng)工作過程醫(yī)用機器人專業(yè)知識專家講座第8頁醫(yī)用外科機器人系統(tǒng)是一個多學(xué)科交叉研究領(lǐng)域，它包括機器人結(jié)構(gòu)、機器人控制、通訊技術(shù)、計算機圖像處理、計算機圖形學(xué)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)、醫(yī)學(xué)等等，包括面廣，研究內(nèi)容廣泛。醫(yī)用機器人專業(yè)知識專家講座第9頁9.2.2康復(fù)機器人康復(fù)機器人作為一個自動化康復(fù)醫(yī)療設(shè)備，它以醫(yī)學(xué)理論為依據(jù)，幫助患者進行科學(xué)有效康復(fù)訓(xùn)練，能夠使患者運動機能得到更加好恢復(fù)。醫(yī)學(xué)理論和臨床醫(yī)學(xué)證實，肢體損傷或偏癱患者除了早期手術(shù)治療和必要藥品治療外，正確、科學(xué)康復(fù)訓(xùn)練對于肢體運動功效恢復(fù)和提升起到非常主要作用?？祻?fù)機器人由計算機控制，并配以對應(yīng)傳感器和安全系統(tǒng)，康復(fù)訓(xùn)練在設(shè)定程序下自動進行，能夠自動評價康復(fù)訓(xùn)練效果，依據(jù)患者實際情況調(diào)整運動參數(shù)，實現(xiàn)最正確訓(xùn)練?？祻?fù)機器人技術(shù)在歐美等國家得到科研工作者和醫(yī)療機構(gòu)普遍重視，許多研究機構(gòu)都開展了相關(guān)研究工作，近年來取得了一些有價值結(jié)果。醫(yī)用機器人專業(yè)知識專家講座第10頁分類應(yīng)用領(lǐng)域說明康復(fù)訓(xùn)練機器人身體機能恢復(fù)訓(xùn)練上肢康復(fù)訓(xùn)練機器人——用于手臂、手及腕部康復(fù)訓(xùn)練下肢康復(fù)訓(xùn)練機器人——用于行走功效康復(fù)訓(xùn)練脊椎康復(fù)運動訓(xùn)練頸部康復(fù)運動訓(xùn)練輔助型康復(fù)機器人自立支援機器人輔助或替換殘障人士因為身體機能缺失或減弱而無法實現(xiàn)動作，如機器人輪椅、機器人假肢、導(dǎo)盲機器人護理支援機器人用于老年人或殘障人士護理作業(yè)機器人，如機器人護士醫(yī)用機器人專業(yè)知識專家講座第11頁9.2.3醫(yī)學(xué)教育機器人伴隨動物保護意識增強，今后利用動物試驗輔助醫(yī)學(xué)教育限制會日漸增多。與其矛盾是，醫(yī)療器械越先進，器械操作訓(xùn)練要求也就越高。實際上，人們開發(fā)了各種手術(shù)訓(xùn)練仿真器，如心肺移植手術(shù)訓(xùn)練仿真器等。這些系統(tǒng)在計算機內(nèi)建立了臟器三維模型和力學(xué)特征模型，這不但能夠仿真隨操作產(chǎn)生圖像改變，也能夠?qū)⑹中g(shù)者能夠感覺到反作用力經(jīng)過機器人手臂向醫(yī)師反饋，這么能夠經(jīng)過治療仿真進行手術(shù)訓(xùn)練。比如，含有大腸力學(xué)模型和可提醒力覺機構(gòu)大腸鏡插入訓(xùn)練系統(tǒng)，以及各種內(nèi)窺鏡手術(shù)仿真器械等。醫(yī)用機器人專業(yè)知識專家講座第12頁9.3醫(yī)用機器人控制醫(yī)用機器人控制系統(tǒng)應(yīng)該含有以下特點：(1)含有開放式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，以利于未來發(fā)展需要對機器人控制系統(tǒng)進行擴充，并能與普通PC機兼容以方便用戶使用。(2)要有合理模塊化設(shè)計。對于醫(yī)用機器人，不但要求其機械結(jié)構(gòu)能夠做到模塊化設(shè)計，更要求其控制系統(tǒng)能夠依據(jù)系統(tǒng)要求和電氣特征以及軟件結(jié)構(gòu)做到模塊化設(shè)計。模塊化設(shè)計不但方便安裝和系統(tǒng)維護，而且能夠提升系統(tǒng)可靠性。(3)含有有效任務(wù)劃分。不一樣子任務(wù)由不一樣功效模塊來實現(xiàn)，這么有利于修改、添加和配置系統(tǒng)功效。(4)實時性、多任務(wù)要求。機器人控制器能在確定時間內(nèi)完成對外部中止處理，并且能夠使多個任務(wù)同時進行。(5)友好人機接口。形象直觀人機接口能夠方便操作人員對機器人進行操作，友好人機界面是醫(yī)用機器人系統(tǒng)不可缺乏一部分。醫(yī)用機器人專業(yè)知識專家講座第13頁(6)有時含有手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)。依據(jù)術(shù)前醫(yī)學(xué)圖像判斷病變位置和大小，利用病人體表標志點確定進針位置；建立病灶靶點在二維圖像和人體內(nèi)部位置關(guān)系；手術(shù)中，在B超、X光、CT或MRI圖像引導(dǎo)下，將手術(shù)器械扎入患者體內(nèi)病變位置。醫(yī)用機器人控制系統(tǒng)應(yīng)含有以下功效：運動控制即位置伺服功效規(guī)劃與調(diào)度功效檢測功效交互功效即友好人機接口手術(shù)導(dǎo)航功效很高可靠性和故障處理能力醫(yī)用機器人專業(yè)知識專家講座第14頁醫(yī)用機器人控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)醫(yī)用機器人專業(yè)知識專家講座第15頁9.4醫(yī)用機器人應(yīng)用9.4.1醫(yī)用外科機器人應(yīng)用醫(yī)用外科機器人系統(tǒng)是用于醫(yī)療外科手術(shù)，輔助醫(yī)生進行術(shù)前診療和手術(shù)規(guī)劃，在手術(shù)中提供可視化導(dǎo)引或監(jiān)視服務(wù)功效，輔助醫(yī)生高質(zhì)量地完成手術(shù)操作機器人集成系統(tǒng)。1內(nèi)窺鏡操作手在腹腔鏡手術(shù)中，主刀醫(yī)師在內(nèi)窺鏡視野范圍內(nèi)實施各種外科處置，操作內(nèi)窺鏡任務(wù)通常交給助手完成。但助手在保持內(nèi)窺鏡時候難免手顫動，由此會造成圖像含糊。所以在腹腔鏡手術(shù)中出現(xiàn)了內(nèi)窺鏡機械手，這是一個依據(jù)醫(yī)師操作保持內(nèi)窺鏡（腹腔鏡等）位置機械手系統(tǒng)。醫(yī)用機器人專業(yè)知識專家講座第16頁右圖為小林等開發(fā)腹腔鏡手術(shù)內(nèi)窺鏡操作機械手系統(tǒng)。該系統(tǒng)考慮了安全、洗凈、消毒和操作性等多個原因。機器人采取5連桿機構(gòu)，它組成部分有球形關(guān)節(jié)部分（用于抓取腹腔壁套針）、驅(qū)動部分、操作交互界面等。5連桿機構(gòu)作用是從物理上把驅(qū)動部分與患者隔開，并增加了內(nèi)窺鏡自動調(diào)焦功效，克服傳統(tǒng)內(nèi)窺鏡必須進行前后移動才能縮放病灶圖像缺點。這么，機械手動作范圍被約束在有限二維平面內(nèi)，大大降低了醫(yī)師、患者和機械手之間干涉，提升了安全性。醫(yī)用機器人專業(yè)知識專家講座第17頁2整形外科手術(shù)機器人系統(tǒng)在整形外科中，術(shù)前診療能夠取得對象部位三維位置和形狀測量結(jié)構(gòu)，再借助于術(shù)前規(guī)劃手術(shù)機器人系統(tǒng)，就能夠在手術(shù)中將它穩(wěn)定地再現(xiàn)出來。如在日本人工股關(guān)節(jié)置換手術(shù)中，最早由大阪大學(xué)研發(fā)系統(tǒng)按照術(shù)前規(guī)劃正確地實施了切削骨骼手術(shù)，其結(jié)果是人工關(guān)節(jié)植入骨骼精度比傳統(tǒng)手術(shù)更高。德國Berlin大學(xué)長久開展醫(yī)用外科機器人研究工作，他們分別研究了機器人在頜面整形、牙科整形、放射外科中應(yīng)用。系統(tǒng)采取一套光電系統(tǒng)作為手術(shù)導(dǎo)航工具，機器人則采取改造后PUMA工業(yè)機器人。他們還開發(fā)了各種適合于機器人末端夾持手術(shù)工具。他們在計算機輔助手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)、手術(shù)工具設(shè)計方面比較獨特，不過在醫(yī)用外科機器人本體設(shè)計方面研究不多。醫(yī)用機器人專業(yè)知識專家講座第18頁我國北京大學(xué)口腔醫(yī)院、北京理工大學(xué)等單位聯(lián)合成功研制出口腔修復(fù)機器人，如圖所表示。這是一個由計算機和機器人輔助設(shè)計、制作全口義齒人工牙列應(yīng)用試驗系統(tǒng)。口腔修復(fù)機器人該系統(tǒng)利用圖像、圖形技術(shù)來獲取生成無牙頜患者口腔軟硬組織計算機模型，利用自行研制非接觸式三維激光掃描測量系統(tǒng)來獲取患者無牙頜骨形態(tài)幾何參數(shù)，采取教授系統(tǒng)軟件完成全口義齒人工牙列計算機輔助統(tǒng)計。另外，創(chuàng)造和制作了單顆塑料人工牙與最終要完成人工牙列之間過渡轉(zhuǎn)換裝置——可調(diào)整排牙器。利用機器人來代替手工排牙，不但比口腔醫(yī)療教授更準確地以數(shù)字方式操作，同時還能防止教授因疲勞、情緒、疏忽等原因造成失誤。醫(yī)用機器人專業(yè)知識專家講座第19頁3穿刺手術(shù)機器人眾所周知，不但在外科處置中，也在內(nèi)科處置中廣泛使用穿刺。比如，整形外科神經(jīng)根傳導(dǎo)阻滯法、椎體成形手術(shù)、腦神經(jīng)外科淤血抽吸、肝臟外科無線電波燒灼手術(shù)等，都用到穿刺手術(shù)。穿刺處置通常是在X射線透視或超聲波圖像引導(dǎo)下進行，最近出現(xiàn)了在MRI攝影引導(dǎo)下實施趨勢。這種機械手必須設(shè)置在圖像設(shè)備內(nèi)部，所以既要求它小型化，又不得影響圖像質(zhì)量。假如機器人在MRI裝置中工作，它既不應(yīng)該對MRI內(nèi)磁場造成影響，又不應(yīng)該受到MRI高強度磁場影響，所以它結(jié)構(gòu)材料都應(yīng)該是非磁材料。顯然電磁式電機不適合做它驅(qū)動器，應(yīng)該改成超聲波電機或水壓驅(qū)動馬達等。醫(yī)用機器人專業(yè)知識專家講座第20頁4遙控操作手術(shù)機器人當(dāng)前世界上最少有10個研究小組正在從事遠距離外科手術(shù)系統(tǒng)研究工作。美國Berkeley大學(xué)系統(tǒng)地開展了帶有力反饋和立體遠程觸覺遠程醫(yī)療外科機器人研究，系統(tǒng)包含兩臺帶有靈巧手及觸覺傳感器機械臂、力和觸覺反饋設(shè)備、改進成像和三維顯示系統(tǒng)，全部設(shè)備都由計算機控制。其研究研究目標是使醫(yī)生能夠微創(chuàng)傷地完成復(fù)雜外科手術(shù)。斯坦福研究所經(jīng)過多年努力，終于研制出了臨場感遠程外科手術(shù)系統(tǒng)。它是由菲利普·格林先生創(chuàng)造，所以又稱為格林系統(tǒng)。格林系統(tǒng)醫(yī)用機器人專業(yè)知識專家講座第21頁格林系統(tǒng)是讓外科醫(yī)生坐在一個大操縱臺前，帶上三維眼鏡，盯著一個透明工作間，觀看手術(shù)室內(nèi)立體攝像機攝錄并傳送過來手術(shù)室和病人三維立體圖像。與此同時，外科醫(yī)生兩手手指分別勾住操縱臺下兩臺儀器上控制環(huán)。儀器中傳感器可測量出外科醫(yī)生手指細微動作并把測量結(jié)果數(shù)字化，隨即傳送到兩只機械手上，機械手隨外科醫(yī)生動作，為病人作手術(shù)。聲頻部分能同時傳來手術(shù)所發(fā)出全部聲音，使人有親臨其境之感。即使使用格林系統(tǒng)，外科醫(yī)生是在病人圖像上作手術(shù)，但感覺卻與普通手術(shù)無異。機械手還會經(jīng)過傳感器把手術(shù)時全部感覺反饋給外科醫(yī)生。即使格林系統(tǒng)已成功地用于動物，但真正能為人安全地實施手術(shù)還需要很長時間，還有很多問題有待處理。醫(yī)用機器人專業(yè)知識專家講座第22頁5微創(chuàng)外科手術(shù)機器人微創(chuàng)外科手術(shù)是在病人身體上打開一個或幾個小孔，外科醫(yī)生借助于各種視覺圖像設(shè)備和先進靈巧手術(shù)器械裝備，將手術(shù)器械經(jīng)過小切口進入人體進行治療或診療。與傳統(tǒng)手術(shù)相比，微創(chuàng)外科手術(shù)對健康組織創(chuàng)傷小，而且病人體表傷口顯著縮小。微創(chuàng)外科手術(shù)能夠分為內(nèi)窺鏡引導(dǎo)微創(chuàng)手術(shù)和體外圖像引導(dǎo)微創(chuàng)手術(shù)兩種類型。醫(yī)用機器人專業(yè)知識專家講座第23頁微創(chuàng)外科機器人在內(nèi)窺鏡手術(shù)中應(yīng)用以腹腔鏡手術(shù)為例。內(nèi)窺鏡手術(shù)支援機器人自由度組成醫(yī)用機器人專業(yè)知識專家講座第24頁微創(chuàng)外科機器人在整形手術(shù)中應(yīng)用微創(chuàng)外科機器人在整形手術(shù)中得到了廣泛應(yīng)用，因為在進行骨骼切割和關(guān)節(jié)置換時，機器人操作精度要遠遠高于醫(yī)生，而且手術(shù)自動化程度也大大增加。其中含有代表性系統(tǒng)是美國加利福尼亞大學(xué)RH.Taylor開發(fā)用于關(guān)節(jié)置換手術(shù)ROBODOC機器人系統(tǒng)。微創(chuàng)外科機器人還被用于脊椎修復(fù)。脊椎修復(fù)機器人醫(yī)用機器人專業(yè)知識專家講座第25頁微創(chuàng)外科機器人在立體定向手術(shù)中應(yīng)用立體定向外科手術(shù)是近年來快速發(fā)展微創(chuàng)傷外科手術(shù)方法，但因為在手術(shù)中一直需要框架定位并支撐手術(shù)工具，從而給病人帶來了一定痛苦和心理恐懼。另外人工調(diào)整導(dǎo)向裝置，手續(xù)煩瑣，消耗時間，精度有限。微創(chuàng)外科機器人在手術(shù)中主要用于導(dǎo)航定位和輔助插入手術(shù)工具，能夠使病人擺脫框架痛苦，同時機器人輔助立體定向外科手術(shù)還含有操作穩(wěn)定，定位精度高優(yōu)點。微創(chuàng)外科機器人在其它手術(shù)中應(yīng)用英國Davies.B等人開發(fā)了用于切除前列腺瘤微創(chuàng)外科機器人，1990年在世界上首次實現(xiàn)利用機器人從病人身體切除前列腺瘤組織手術(shù)。在心胸外科方面，美國J.KennethSalisbury研究了用于心瓣修補手術(shù)微創(chuàng)外科機器人系統(tǒng)。常規(guī)手術(shù)需要開胸，而利用機器人微創(chuàng)手術(shù)只需要開三個小洞，讓工具進入。醫(yī)用機器人專業(yè)知識專家講座第26頁9.4.2康復(fù)機器人應(yīng)用1康復(fù)訓(xùn)練機器人殘障治療方法包含運動療法?？祻?fù)訓(xùn)練機器人就主要應(yīng)用于運動療法，比如，改進和預(yù)防四肢運動性能低下、攣縮，讓關(guān)節(jié)在活動范圍內(nèi)進行運動，增強肌肉力量運動，增強耐力運動，協(xié)調(diào)性訓(xùn)練、步行訓(xùn)練、體操治療等。假如機器人搭載含有測量康復(fù)功效儀器，就能夠定量采集訓(xùn)練對象機能恢復(fù)過程中數(shù)據(jù)，對恢復(fù)過程作定量分析和評價，統(tǒng)計康復(fù)整個過程。假如被訓(xùn)練者了解自己在訓(xùn)練中康復(fù)數(shù)據(jù)，可能能產(chǎn)生某種主動反饋效果?？祻?fù)訓(xùn)練機器人研究包含兩方面：上肢康復(fù)訓(xùn)練機器人，用于手臂、手及腕部康復(fù)訓(xùn)練；下肢康復(fù)訓(xùn)練機器人，用于行走功效康復(fù)訓(xùn)練。醫(yī)用機器人專業(yè)知識專家講座第27頁上肢康復(fù)訓(xùn)練機器人上肢康復(fù)醫(yī)療訓(xùn)練機器人系統(tǒng)經(jīng)過十幾年發(fā)展，從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上分，主要包含三個階段：(1)當(dāng)?shù)乜祻?fù)醫(yī)療訓(xùn)練機器人系統(tǒng)1991年，MIT設(shè)計完成了第一臺上肢康復(fù)訓(xùn)練機器人系統(tǒng)MIT-MANUS，該設(shè)備采取五連桿機構(gòu)，末端阻抗較小，利用阻抗控制實現(xiàn)訓(xùn)練安全性、穩(wěn)定性和平順性，用于病人肩、肘運動。MIT-MANUS系統(tǒng)圖醫(yī)用機器人專業(yè)知識專家講座第28頁年，瑞士蘇黎世大學(xué)Nef等開發(fā)了一個新型上肢康復(fù)機器人ARMin，它是一個6自由度半外骨架裝置，安裝有位置傳感器及6維力/力矩傳感器，能夠進行肘部屈伸和肩膀空間運動，用于臨床訓(xùn)練上肢損傷患者日常生活中活動。上述這些設(shè)備不足之處是機器人系統(tǒng)比較復(fù)雜，而且沒有利用網(wǎng)絡(luò)，所以患者不能在家依據(jù)治療師指導(dǎo)進行康復(fù)訓(xùn)練。(2)遠程康復(fù)醫(yī)療訓(xùn)練機器人系統(tǒng)年，斯坦福大學(xué)和芝加哥康復(fù)研究所聯(lián)合研制了一個便攜式家用遠程康復(fù)系統(tǒng)，這是一個主從式遙操作系統(tǒng)，由主手、從手以及各自控制器組成，從手引導(dǎo)患者進行康復(fù)運動并檢測和統(tǒng)計運動信息，主手作為醫(yī)生提供控制和監(jiān)控交換設(shè)備，經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送命令并接收從手運動信急，實現(xiàn)中風(fēng)患者肘部康復(fù)訓(xùn)練，該系統(tǒng)能夠傳輸治療師指令及相關(guān)信息，治療師能夠檢測患者并監(jiān)控訓(xùn)練過程。醫(yī)用機器人專業(yè)知識專家講座第29頁(3)基于虛擬環(huán)境康復(fù)醫(yī)療訓(xùn)練機器人系統(tǒng)為了勉勵患者進行康復(fù)訓(xùn)練，提升康復(fù)訓(xùn)練效果，在訓(xùn)練過程中吸引患者興趣十分主要。虛擬環(huán)境技術(shù)發(fā)展使這種思想得以實現(xiàn)，研究者們采取基于虛擬環(huán)境用戶界面，經(jīng)過一些小游戲勉勵患者進行主動訓(xùn)練?；谔摂M環(huán)境康復(fù)訓(xùn)練通常與網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，所以，不但含有遠程康復(fù)機器人系統(tǒng)優(yōu)點，還提升了患者進行康復(fù)訓(xùn)練能動性。Wisconsin醫(yī)學(xué)院和Marquette大學(xué)研制了康復(fù)訓(xùn)練機器人系統(tǒng)TheraDrive，主要由3個商用力反饋操縱輪和驅(qū)動軟件SmartDriver組成，創(chuàng)建上肢康復(fù)治療虛擬環(huán)境界面，經(jīng)過計算機游戲激發(fā)患者進行訓(xùn)練。虛擬環(huán)境對患者進行功效恢復(fù)訓(xùn)練是一個很好康復(fù)環(huán)境，當(dāng)前基于虛擬環(huán)境康復(fù)運動主要用于手部功效恢復(fù)康復(fù)訓(xùn)練。醫(yī)用機器人專業(yè)知識專家講座第30頁下肢康復(fù)訓(xùn)練機器人下肢康復(fù)訓(xùn)練機器人是依據(jù)康復(fù)醫(yī)學(xué)理論和人機合作機器人原理，經(jīng)過一套計算機控制下走步狀態(tài)控制系統(tǒng)，使患者模擬正常人步伐規(guī)律作康復(fù)訓(xùn)練運動，鍛煉下肢肌肉，恢復(fù)神經(jīng)系統(tǒng)對行走功效控制能力，到達恢復(fù)走路機能目標。(1)關(guān)節(jié)活動范圍運動進行關(guān)節(jié)活動范圍運動目標是改進和預(yù)防四肢運動性能低下或攣縮。膝部經(jīng)過整形外科手術(shù)后，需要結(jié)合被動運動來恢復(fù)關(guān)節(jié)功效。通常方法是借助于CPM(ContinuousPassiveMotion，連續(xù)被動運動)裝置，經(jīng)過重復(fù)進行某一個模式運動訓(xùn)練起到預(yù)防攣縮作用。(2)步行訓(xùn)練骨折或關(guān)節(jié)手術(shù)后，或中風(fēng)后，患者在步行訓(xùn)練前首先需要在病床上進行肌肉力量強化訓(xùn)練，然后分階段依次進行起坐、輪椅移動訓(xùn)練、斜面起立訓(xùn)練，然后進入利用平行桿、步行器、手杖步行訓(xùn)練。醫(yī)用機器人專業(yè)知識專家講座第31頁顯然病情不一樣，步行訓(xùn)練內(nèi)容也不應(yīng)該千篇一律。普通來說，骨折后或關(guān)節(jié)手術(shù)后應(yīng)該以負荷訓(xùn)練為主，中風(fēng)后則應(yīng)該視患者肌肉力量情況選擇適當(dāng)步行訓(xùn)練。步行訓(xùn)練能夠在懸吊平衡重錘跑臺上進行，但應(yīng)該依據(jù)被訓(xùn)練者殘留機能大小選擇適當(dāng)訓(xùn)練強度。德國生產(chǎn)一個主動活動器CAMOPED，主要是以健康腿運動來幫助患腿被動訓(xùn)練，能夠有效地幫助患者恢復(fù)其本體感覺，所以患者協(xié)調(diào)功效也能得到更早恢復(fù)。主被動活動器CAMOPED醫(yī)用機器人專業(yè)知識專家講座第32頁瑞士蘇黎士聯(lián)邦工業(yè)大學(xué)(ETH)在腿部康復(fù)機構(gòu)、走步狀態(tài)分析方面取得了一些結(jié)果，在漢諾威年世界工業(yè)展覽會上展出了名為LOKOMAT康復(fù)機器人。日本Makikawa試驗室結(jié)合機器人技術(shù)、生物信號測量技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)研制出一個下肢康復(fù)機器人。LOKOMAT機器人Makikawa機器人醫(yī)用機器人專業(yè)知識專家講座第33頁

德國柏林自由大學(xué)(FREEUNIVERSITYBERLIN)開展了腿部康復(fù)機器人研究，并研制了MGT型康復(fù)機器人樣機。美國RUTGERS大學(xué)開展了腳部康復(fù)機器人研究，并研制了RUTGER踝部康復(fù)訓(xùn)練機器人樣機。德國Fraunhofer研究所開展了腿部康復(fù)機器人研究，研制了繩驅(qū)動康復(fù)訓(xùn)練機器人。

MGT型下肢康復(fù)訓(xùn)練機器人

踝關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練機器人醫(yī)用機器人專業(yè)知識專家講座第34頁我國研制一個下肢康復(fù)訓(xùn)練機器人外觀結(jié)構(gòu)圖德國Fraunhofer研究所研制繩驅(qū)動康復(fù)訓(xùn)練機器人醫(yī)用機器人專業(yè)知識專家講座第35頁2輔助型康復(fù)機器人機器人輪椅機器人輪椅是將智能機器人技術(shù)應(yīng)用于電動輪椅上，融合了機構(gòu)設(shè)計、傳感技術(shù)、機器視覺、機器人導(dǎo)航和定位、模式識別、信息處理以及人機交互等先進技術(shù)，從而使輪椅變成了高度自動化移動機器人。機器人輪椅主要有口令識別與語音合成、機器人自定位、動態(tài)隨機避障、多傳感器信息融合、實時自適應(yīng)導(dǎo)航控制等功效。中國科學(xué)院自動化研究所也成功研制了一個含有視覺和口令導(dǎo)航功效并能與人進行語音交互機器人輪椅醫(yī)用機器人專業(yè)知識專家講座第36頁導(dǎo)盲機器人視覺殘障者行走輔助裝備普通采取盲人安全杖，少數(shù)借助于導(dǎo)盲犬。除了傳統(tǒng)手杖和導(dǎo)盲犬，各國一直致力導(dǎo)盲機器人研制。當(dāng)前導(dǎo)盲機器大致上可分為以下5類：

電子式導(dǎo)盲器移動式機器人穿戴式導(dǎo)盲器導(dǎo)引式手杖手機語音導(dǎo)盲導(dǎo)盲機器人醫(yī)用機器人專業(yè)知識專家講座第37頁機器人護士機器人護士能夠完成以下各項任務(wù)：運輸醫(yī)療器材、藥品、運輸試驗樣品及試驗結(jié)果，為病人送飯、送病歷、報表及信件，幫助病人進食、移動、入浴、入廁，在醫(yī)院內(nèi)部送郵件及包裹等。日本醫(yī)療福利機器人研究所、富士通、安川電機合作開發(fā)了HelpMateSP機器人搬運系統(tǒng)，其用途是負責(zé)醫(yī)院內(nèi)部藥品、送檢物品、食物、卡片等運輸，還能做到給老年人、殘障者配膳、送膳自動化，這么有利于延長面對面護理患者時間，提升護理質(zhì)量醫(yī)用機器人專業(yè)知識專家講座第38頁SECOMU進食護理機器人Regina機器人（日本LogicMachine）護士助手機器人醫(yī)用機器人專業(yè)知識專家講座第39頁機器人假肢假肢是人缺損肢體替換物，用以填補缺損肢體形狀與功效。假肢分上肢、下肢。上肢假肢又分為假手、前臂假肢和上臂假肢；下肢假肢分為假腿、小腿假肢、大腿假肢等。在假肢技術(shù)發(fā)展歷程中，肌電控制上肢假肢和步態(tài)可控下肢假肢是當(dāng)代假肢技術(shù)標志性結(jié)果。肌電假肢由電動假肢發(fā)展而來，它利用肌電信號取代機械式觸動開關(guān)實現(xiàn)對上肢控制，對于肘關(guān)節(jié)以上截肢患者，提取多路肌電信號同時控制多關(guān)節(jié)運動技術(shù)難度大且可靠性差，因而仍以安裝電動假肢為主。下肢假肢設(shè)計一直在追求站立期穩(wěn)定性和擺動期步態(tài)仿生性，以及降低體力消耗，對于膝關(guān)節(jié)和假腳，上述問題尤其突出。膝關(guān)節(jié)機構(gòu)已從單鏈發(fā)展到四桿機構(gòu)，近年又出現(xiàn)六桿機構(gòu)膝關(guān)節(jié)，除了確保站立期關(guān)節(jié)可靠鎖定，站立末期自動解鎖，還能實現(xiàn)擺動期步態(tài)仿生性。使用這種全功效膝關(guān)節(jié)行走所需髖關(guān)節(jié)力矩小，從而降低了行走時體能消耗。醫(yī)用機器人專業(yè)知識專家講座第40頁當(dāng)前假手研究是國際機器人領(lǐng)域一個熱點。假手設(shè)計包含以下標準：含有各種抓握模式并依據(jù)物體形狀自動調(diào)整；物體紋理、形狀和溫度可作為反饋信息；含有本體感覺；重量輕，外觀好；能夠在潛意識下控制。新