体外微创手术机器人发展概况

微创外科手术(Minimally Invasive Surgery,MIS)机器人技术作为新兴的研究领域,具有创口小、减轻患者疼痛和术后恢复快等诸多优点,使其在外科手术中得以应用并迅速发展。详细分析和介绍了国内外近年来的主要研究成果,并对微创外科手术机器人的关键技术进行分析。     

微创外科手术机器人关键技术与研究现状综述

微创外科手术（MIS,Minimally Invasive Surgery）机器人技术是近年发展起来的一个新兴的研究领域,该领域集医学、工程等多学科知识为一体,具备很大的研究价值。文中通过对该研究领域一些相关文献进行研究,归纳了微创外科手术机器人技术的特点、发展历史与现状、关键技术以及研究热点分支。针对我国缺乏自主研发的微刨外科手术机器人系统,而国外同类产品价格昂贵的状况,研究自主知识产权的微创外科手术机器人系统对于我国医疗卫生水平的提高具有重要战略意义。     

介入导航机器人在肝肿瘤消融术中的应用研究

随着医学成像技术的大力发展,众多学者提出了使用穿刺导航机器人进行精准、安全、可靠的肝肿瘤微创热消融治疗。为归纳总结近年来介入导航机器人在肝肿瘤热消融术中的应用,本文分别阐述了基于医学影像引导的导航机器人系统和术中导航定位方法,并归纳总结了每种方法的适用性和局限性。     

连续体手术机器人光纤导航技术现状和展望

连续体机器人在微创介入手术中逐渐得到广泛应用,其精准导航控制成为医学影像和手术机器人领域的研究热点和难点。光纤导航被视为最具潜力的连续体机器人导航技术之一。经过四十多年的研究发展,国内外在相关理论和方法、技术与系统和临床试验等方面都取得了较大进展,推动了该技术的临床应用。但是,目前仍然存在若干问题限制了该技术的应用发展,亟待探讨解决方法。为此,梳理了光纤导航技术的研究发展历程,分析了光纤导航的主要技术类型、技术优缺点和关键核心算法,指出了需要研究解决的关键问题,并从高精度定位、力触觉信息反馈、多模态影像融合识别、智能化和产品化等方面探讨了未来发展方向。     

微创外科手术机器人6自由度操作手运动学分析

微创外科手术机器人6自由度操作手是微创外科手术机器人的重要组成部分,是进行手术的主体.而操作手的运动学正逆解是对外科手术机器人进行研究的关键技术之一.文中运用D-H法对外科手术机器人运动学正解进行了研究,且根据位姿分离的方法求解出了运动学逆解,并采用MATLAB中的SimuLink对运动学正逆解进行了仿真验证,从而为微创外科手术机器人的进一步研究奠定了基础.     

微创外科手术机器人多自由度手指机构设计与研究

微创外科手术机器人多自由度手指机构是在满足微创手术要求的前提下,专为外科手术机器人系统研制开发的具有多个自由度的机构。该机构拥有侧摆,俯仰,旋转,夹持4个自由度,采用驱动电机与各个执行关节分离的结构形式,具有夹持灵活性好,质量轻,夹持力大,结构简单等优点,对手指机构的指尖夹持力、关节耦合关系等关键技术进行了研究,为微创外科手术机器人的进一步研制奠定基础。     

内窥镜操作机器人结构设计及运动学仿真

机器人应用于腹腔、胸腔等外科手术中,可以提高手术质量,降低医生劳动强度,减少病人痛苦.设计了一种辅助微创外科手术机器人,在机械结构上采用模块化设计方法降低机器人结构的复杂度和缩短设计周期;采用了被动式手腕关节结构使机器人更加符合实际需求.运用几何与解析法相结合的方式求得了机器人运动学逆解,通过灵活工作空间分析表明,该机器人具有足够大的灵活空间以满足实际工作需求.最后通过ADAMS运动学仿真,证实该机器人可以很好地完成所规定的任务.     

介入式手术机器人机械结构设计与仿真模型构建

本文设计出一种能够辅助进行微创外科手术的机器人,此机器人应用模块化设计方式简化了机器人结构的复杂性,大大减小了设计周期。基于对介入式手术机器人连接模块、夹持器模块、俯仰关节模块、回转关节模块、摆动关节模块等模块的机械化结构设计,进一步提出了对此机器人的仿真模型构建步骤。     

服务机器人导航技术研究进展

针对目前服务机器人导航技术在实际应用中特别是在复杂动态工作环境下适应性弱的问题,总结阐述了服务机器人导航的基本方法、实现过程和最新研究成果,可为服务机器人自主导航并顺利完成服务任务提供参考。首先,着重分析了目前较为常见的磁导航、惯性导航、传感器导航和视觉导航等多种导航技术的基本原理以及优缺点,并总结了这些技术在服务机器人上的应用范围。然后,针对服务机器人导航过程中涉及的机器人定位和路径规划这两个主要过程,介绍了相关的算法以及最新的研究进展。研究结果表明,要提高服务机器人导航的适应性和智能化水平,改善导航精度不高以及可靠性差等问题,需根据实际情况选择合适的导航方法,同时进一步研究包括智能空间、多传感器融合等相关新技术。     

颅颌面骨畸形整复手术中辅助机器人的应用

颅颌面骨畸形整复手术由于解剖结构的复杂性和治疗目的的特殊性,必须以最小的创伤完成精确的操作,而机器人可以实现精确、稳定的三维空间运动,能避免由人手持器械不稳定造成的误差和损伤,并具有微创等优点。在已有的光学定位正颌外科导航手术技术路线基础上,提出了应用六自由度机器人实现截骨、钻孔等辅助操作的方法,并进行了实验,取得了较好的效果。     

主从式微创外科手术机器人主手设计

主从式微创手术(m in im ally invasive surgery,M IS)机器人系统是医学中的微创手术技术和机器人技术相结合的典型产物。在手术中,手术机器人能够辅助医生进行各种手术操作及精确的定位,并且提供稳定的操作平台。通过分析腹腔镜手术中手术器械的典型运动空间和医生手术操作的动作,以及微创手术机器人从手的结构形式和运动,根据从手的操作要求,我们设计了一种适用于腹腔镜手术的主从式机器人系统的主手结构。模拟试验和仿真结果表明所设计的主手结构满足微创手术的要求。     

A laboratory-level surgical robot system for minimal invasive surgery (MIS) total knee arthroplasty

Recently, commercially available computer-aided surgical robot systems have been introduced to enable surgeons to improve the accuracy of cutting and alignment in total knee arthroplasty (TKA). The minimal invasive surgery (MIS) in the TKA has been increased since MIS can improve the surgical outcomes such as the recovery time and hospital stay by reducing the incision in surgery. However, current surgical robot systems do not provide the MIS TKA capability. In this study, we developed a laboratory-level surgical robot system to cut the bone from the lateral direction of the knee joint to provide MIS TKA. TKA experiments with saw bones of femur were compared between the conventional approach and the MIS approach. The incision length for the working space of the cutting tool and bone cutting time were decreased in lateral direction bone cutting. In addition, the cutting surface was smoother and the ranges of motion of all six joints were decreased in lateral direction bone cutting. Moreover, the cutting accuracy in terms of the lengths and angles of five cutting planes in femur were smaller in lateral approach than those in conventional approach. Therefore, consideration of bone cutting from the lateral direction in robotic TKA surgery should be necessary to improve the surgical outcomes in knee arthroplasty. The developed surgical robot system could be a platform of various orthopedic robotic surgeries.     

Development of optical fiber Bragg grating force-reflection sensor system of medical application for safe minimally invasive robotic surgery

Force feedback plays a very important role in medical surgery. In minimally invasive surgery (MIS), however, the very long and stiff bars of surgical instruments greatly diminish force feedback for the surgeon. In the case of minimally invasive robotic surgery (MIRS), force feedback is totally eliminated. Previous researchers have reported that the absence of force feedback increased the average force magnitude applied to the tissue by at least 50%, and increased the peak force magnitude by at least a factor of two. Therefore, it is very important to provide force information in MIRS. Recently, many sensors are being developed for MIS and MIRS, but some obstacles to their application in actual medical surgery must be surmounted. The most critical problems are size limit and sterilizability. Optical fiber sensors are among the most suitable sensors for the surgical environment. The optical fiber Bragg grating (FBG) sensor, in particular, offers an important additional advantage over other optical fiber sensors in that it is not influenced by the intensity of the light source. In this paper, we present the initial results of a study on the application of a FBG sensor to measure reflected forces in MIRS environments and suggest the possibility of successful application to MIRS systems.     

基于纽结理论的五自由缝合机器人设哥

为了解决临床的微创手术缝合打结成功率低的问题,根据“扭转打结”法理论,设计出适合微创手术缝合打结的机器人系统。通过运用蒙特卡罗（MonteCarlo）方法对系统工作空间进行分析,得出能满足临床微创手术要求的机器人系统的结构参数。     

基于工作空间的主从式机器人比例系数分析

传统的主从同构式医疗机器人系统不能同时满足对主手操作舒适性和从手专用性的要求。主从异构式医疗机器人系统可以根据主手操作舒适性和从手专用性分别设计主手和从手,满足了对主手和从手的不同要求。主从比例系数是主从异构式机器人系统的一个重要参数。以“妙手”系统为研究对象,在确保主手和从手均满足显微血管缝合手术工作空间要求的基础上,通过对主手协同工作空间和从手协同工作空间分析,确定了主手与从手的比例系数。该系数保证系统能够顺利完成手术动作。     

SYNTHESIS OF ROBOTIC MECHANISM FOR MICROSURGICAL CORNEAL GRAFTING

0 INTRODUCTIONRobotic assisted microsurgery(RAMS) has combined micros-urgery with robotic techniques closely in order to enhance theeffect of surgery, to reduce the occurrence of post-operationalcomplication and to alleviate the physical and mental fatigue ofthe surgeon.Microsurgery technology has been extensively applied inophthalmic surgery, such as corneal grafting (keratoplasty), ocularvitrectomy, treatment of retinal disease, which boost the develop-ment of modern ophthalmic surgery…     

Laboratory-level telesurgery with industrial robots and haptic devices communicating via the internet

With recent advances in data communications and robotic engineering, surgical robots have evolved into telerobotic surgical platforms that permit surgeons to operate on patients from remote locations using robotic instruments. Even so, telesurgical systems need to be improved by considering haptic sense or force feedback. In this study, a laboratory-level telesurgical system with force feedback was developed using industrial robots and commercial haptic systems operating over the Internet. Telesurgery via high-bandwidth UDP/IP communication was successfully conducted on objects mimicking human organs by the surgical robot system commanded by a surgeon 40 km away. During the test experiment, the surgeon could feel the interaction between the instruments and the tissues. The time delay was less than 45 ms with very little discrepancy between the command of the haptic device and the movement of the robot. This technology is useful for developing a clinically applicable telesurgical robot system that could be used in various emergency situations.     

手术机器人及操纵杆控制装置的设计与实现

主要研究一种多自南度手术辅助机器人系统，并重点阐述了一个新型的多自由度关节型机器人示教方式，即操纵杆控制系统。该控制系统可以完全控制机器人末端执行器的空间位置和姿态，方便医生进行更直接、安全的操纵。通过试验验证，操纵杆控制系统适合作为手术辅助机器人的“手把手”示教装置。     

网络控制机器人图像传输与处理系统设计

网络控制机器人是把网络技术和机器人技术融合起来,通过网络实现对机器人的控制。视觉信息在网控机器人中具有重要的作用。文章提出网控机器人图像传输与处理的系统设计,实现现场信息网络传输以及在客户端进行测量等图像处理。