医疗机器人技术

第1章 医疗机器人概述 001

1．1 医疗机器人的发展机遇 001

1．2 医疗机器人的历史变革 002

1．3 医疗机器人的分类 003

1．4 医疗机器人未来发展趋势 006

第2章 血管介入手术机器人 007

2．1 概述 007

2．2 国内外研究现状 008

2．2．1 国外研究现状 008

2．2．2 国内研究现状 016

2．2．3 国内外发展趋势 019

2．3 血管介入手术机器人需求分析 020

2．3．1 血管介入手术流程 021

2．3．2 血管介入手术医生操作流程 021

2．3．3 机器人应用需求 023

2．4 机器人系统设计 024

2．4．1 系统功能分析 024

2．4．2 系统构成 025

2．5 机器人系统结构 026

2．5．1 结构总览 026

2．5．2 主端控制装置 027

2．5．3 从端操作装置 031

2．6 机器人控制策略 036

2．6．1 系统辨识 036

2．6．2 基于模糊PID的机器人系统控制方法 036

2．7 控制方法特性评价 042

2．7．1 控制精度评价 042

2．7．2 操作功能评价 044

2．8 介入手术机器人主端控制器 046

2．8．1 非接触式主端控制器设计 046

2．8．2 双滑块式主端控制器设计 050

2．8．3 主端控制器优化反馈策略 053

2．8．4 主端控制器优化操作评价 056

2．9 本章小结 060

第3章 胶囊机器人 061

3．1 概述 061

3．2 胶囊机器人国内外研究现状 063

3．2．1 胶囊内窥镜研究现状 063

3．2．2 螺旋推进微型胶囊机器人研究现状 066

3．2．3 模块化胶囊机器人国内外研究现状 069

3．3 模块化微型胶囊机器人系统设计 070

3．3．1 模块化微型胶囊机器人系统概念及总体设计方案 071

3．3．2 驱动平台设计及仿真 073

3．3．3 微型胶囊机器人旋转运动机理研究 079

3．3．4 模块化微型胶囊机器人结构设计及加工 079

3．4 模块化微型胶囊机器人模态分析及动力学模型建立 082

3．4．1 模块化微型胶囊机器人模态及静力学分析 083

3．4．2 模块化微型胶囊机器人流体环境分析 086

3．4．3 模块化微型胶囊机器人动力学模型建立 087

3．5 模块化微型胶囊机器人系统临界频率模型及控制策略研究 093

3．5．1 临界频率模型建立 093

3．5．2 模块化微型胶囊机器人系统控制策略 095

3．6 模块化微型胶囊机器人系统特性评价 099

3．6．1 模块化微型胶囊机器人运动平台搭建及机器人结构参数 100

3．6．2 模块化微型胶囊机器人系统运动特性评价 102

3．7 本章小结 107

第4章 上肢康复机器人 108

4．1　概述 108

4．2　康复训练研究背景 109

4．3　上肢康复机器人研究背景 110

4．3．1 末端执行器型上肢康复机器人 111

4．3．2 外骨骼上肢康复机器人 111

4．4　肌电信号 112

4．5　康复效果定量评价 113

4．5．1 基于肌力的内部评价 113

4．5．2 基于肢体动作的外部评价 113

4．6　外骨骼上肢康复机器人系统设计 114

4．6．1 人体上肢解剖学分析 114

4．6．2 外骨骼上肢康复机器人整体设计 115

4．6．3 肘部关节双边康复训练 117

4．6．4 实验所需设备 117

4．6．5 运动控制解决方案 119

4．6．6 实验验证 125

4．7　基于肌电信号的肘部运动识别与控制 128

4．7．1 肌电信号采集 129

4．7．2 肌电信号处理算法 130

4．7．3 实验验证 133

4．8　基于Kinect的视觉传感及自动打分评价 136

4．8．1 Fugl-Meyer评价准则 137

4．8．2 Kinect开发系统 138

4．8．3 实验验证 139

4．9　本章小结 142

第5章　腹腔镜手术机器人 144

5．1　概述 144

5．2　腹腔镜手术机器人国内外研究现状 145

5．2．1 国外研究现状 145

5．2．2 国内研究现状 150

5．3　腹腔镜手术机器人技术分析 152

5．4　本章小结 152

第6章　骨科手术机器人 153

6．1　概述 153

6．2　脊柱外科手术机器人国内外研究现状 154

6．3　关节外科手术机器人国内外研究现状 156

6．4　创伤骨科手术机器人国内外研究现状 158

6．5　本章小结 159

第7章　神经外科手术机器人 160

7．1　概述 160

7．2　神经外科手术机器人国内外研究现状 161

7．2．1 国外研究现状 161

7．2．2 国内研究现状 164

7．3　本章小结 166

第8章　其他手术机器人 167

8．1　概述 167

8．2　种植牙手术机器人 167

8．3　眼科手术机器人 169

8．4　人工耳蜗植入手术机器人 170

8．5　本章小结 171

参考文献 172

第1章医疗机器人概述

1.1医疗机器人的发展机遇

医疗机器人是指用于医疗领域的机器人设备，主要用于手术、康复、病房护理等方面。它可以协助医生完成手术，为患者提供康复治疗，还可以帮助医护人员进行病房护理和管理等工作。随着全球人口自然增长，人口老龄化程度加速上升，世界各国对人民健康与高水平医疗的需求日益迫切。医疗机器人因其精准稳定、安全高效等优势，正在为传统医学领域带来颠覆性的变革。随着技术的不断发展和应用，医疗机器人已经成为医疗领域中的一种重要设备，它具有以下优势：

①提高医疗质量。医疗机器人能够提高医疗质量，如手术机器人可以精确地执行手术，减少手术时间和误差。另外，医疗机器人还可以在医学影像、诊断和治疗方面提供更准确的数据和建议，从而提高医疗决策的准确性和治疗效果。

②提高效率和节约成本。医疗机器人可以有效地减少人工和时间成本，特别是在一些常规操作和流程中，如药物分配、病历记录、患者监测等。这些操作可以通过机器人完成，从而节约时间和精力，降低医疗机构的运营成本。

③缓解人力不足问题。当前，全球医疗领域人力短缺已经成为一个严重的问题。而医疗机器人的出现可以缓解这个问题。医疗机器人可以帮助医生和护士完成一些烦琐的工作，如患者监测、手术等，从而减轻医护人员的工作强度，提高工作效率。

④促进医疗科技创新。医疗机器人的不断发展和应用促进了医疗科技的创新。医疗机器人的不断改进和更新也会不断推动医疗领域技术的进步。

总的来说，随着医疗机器人技术的发展，它将为医疗领域提供更多的机遇，帮助医护人员提高医疗质量和效率，促进医疗科技的创新。

……

本书以临床需求为导向, 主要介绍多种医疗机器人的研究现状、关键技术、典型应用和发展前景, 具体包括医疗机器人的定义和分类、基本原理和关键技术、工程研究和临床应用等。书中介绍的典型医疗机器人包括血管介入手术机器人、胶囊机器人、上肢康复机器人、腹腔镜手术机器人、骨科手术机器人、神经外科手术机器人等。