【正文】 [7]，是指醫(yī)生在先進的數(shù)字減影技術的指引下，操控導管在人體 的 血管內(nèi)運動， 到達 病灶實施治療， 實現(xiàn) 栓塞畸形血管、溶解血栓、擴張狹窄血管等目的。 目前國內(nèi)對血管介入手術機器人進行研究的單位較少，主要有哈爾濱工業(yè)大學和北京航空航天大學等單位。這是世界上第一套用于臨床實驗的血管介入手術機器人系統(tǒng)。但是此后幾年， 人們將越來越多的關注轉(zhuǎn)移到了血管介入手術醫(yī)療機器人上，促進了此研究的飛速發(fā)展。 本文 主要研究血管介入手術醫(yī)療機器人， 血管介入手術是指醫(yī)生在數(shù)字減影血管造影成像系統(tǒng)的導引下，操控導管在人體血管內(nèi)運 動，對病灶進行治療，達到栓塞畸形血管、溶解血栓、擴張狹窄血管等目的。譬如：在血管縫合手術時，人工很難進行細于 1 毫米以下的血管縫合，如果使用醫(yī)療機器人，血管縫合手術可以達到 小于 0． 1 毫米的精度；用醫(yī)療機器人進行手術避免了醫(yī)生直接接觸患者的血液，大大減少了患者的感染危險。 介入手術醫(yī)療機器人的發(fā)展現(xiàn)狀 醫(yī)療機器人的概述 醫(yī)療機器人技術是集醫(yī)學、生物力學、機械學、機械力學、材料學、計算機圖形學、計算機視覺、數(shù)學分析、機器人等諸多學科 為一體的新型交叉研究領域，具有重要的研究價值，在 實際運用 上有著廣泛的應用前景，是目前機器人領域的一個 新的 研究熱點。 2020年全球血管介入手術方面的治療費用大約為 110億美元，中國占到了 30～ 35 億美元。 但是傳統(tǒng)的血管介入手術缺點太多，成本過高，極大的限制了其在實際生活中的應用。 綜上所述開展介入手術醫(yī)療機器人的研究具有 重要的實際意義，而且對于醫(yī)療技術的進步 乃至人類社會的發(fā)展都起到至關重要的作用。如圖 21 所示， 就是 傳統(tǒng)的血管介入手術，醫(yī)生需要長時間徒手操作，對醫(yī)生的技術水平要求較高；同時因為在射線下工作，對醫(yī)生的的身體傷害很大。 先進的血管介入手術 由 機器人輔助操作 : 運動精度、定位精度高 ； 剛性、穩(wěn)定性好 ； 遠程操作，避免輻射 ； 利用 VR技術，開展培訓 。因而 血管介入手術 的發(fā)展對患者來說至關重要。濟南大學畢業(yè)設計 1 畢業(yè)設計 題 目 介入手術醫(yī)療機器人末端 執(zhí)行器設計 濟南大學畢業(yè)設計 2 1 前言 隨著社會的進步和 科技 水平的不斷提高，人類對自身的健康給予 了 越來越多的關注。 據(jù)世界衛(wèi)生組織調(diào)查統(tǒng)計，心腦血管疾病是人類疾病死亡的第一“殺手”，我 國每年死于這類疾病的患者有 300多萬 。 傳統(tǒng)的 血管介入手術 需要 醫(yī)生徒手操作 ： 穩(wěn)定性差，手工操作抖動 ； XRay輻射，平均照射時間 17分鐘 ； 間斷性監(jiān)控具有潛在性風險 ； 操作技巧性強，培訓時間長 等種種因素 影響患者生存質(zhì)量 ， 限制了血管介入手術的廣泛應用 。 但是 傳統(tǒng)的 血管介入手術 需要 醫(yī)生徒手操作 ，有時間長，輻射大，培訓成本高等缺點，嚴重影響了患者的生存質(zhì)量。開展醫(yī)療機器人手術系統(tǒng)的研究和臨床應用，可以增強手術的動態(tài)可視化、簡化手術操作過程、提高手術成功率、減少手術過程中患者的痛苦、縮短病人的康復周期等方面發(fā)揮重要的作用。 因而 介入醫(yī)學 成為了 與外科學、內(nèi)科學并稱的 三大醫(yī)療技術，是醫(yī)學中最年輕而發(fā)展又最快的一門學科 [3]。美國的 Stereotaxis公司與西門子公司在十年前就開始研究介入手術醫(yī)療機器人，并且已經(jīng)推出了數(shù)字平板磁導航血管造影系統(tǒng) [4]，用于血管 介入性心血管疾病的治療。因此，我們從國情出發(fā)，研究醫(yī)療機器人與介入手術結合的技術，充分符合國情，具有廣闊的發(fā)展空間與重要的實際意義。而 同時， 醫(yī)療機器人還有其自身的選位準確、動作精細、避免病人感染等優(yōu) 點。針對醫(yī)療機器人的研究也正處在不斷的進步和發(fā)展之中。受到當時科技條件限制，研究只限于實驗階段，沒有達到臨床應用階段。如圖22所示便是 Beyar開發(fā)出 來的 心血管介入手術的微創(chuàng)機器人 。 圖 22 Beyar 心血管介入手術機器人 濟南大學畢業(yè)設計 6 圖 23 Hansen 主從血管介入手術機器人 國內(nèi)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 與國外相比，國內(nèi)的血管介入手術醫(yī)療機器人研究起步更晚，雖然 已經(jīng)有多家醫(yī)院具備介入手術的醫(yī)療條件，但手術過程中都沒有機器人的參與，還停留在靠醫(yī)生徒手操作導管階段。 圖 24 BUAARR 七自由度冗 余機器人 濟南大學畢業(yè)設計 7 介入手術醫(yī)療機器人末端執(zhí)行器設計要求 血管介入手術醫(yī)療機器人是在原有腦立體定向外科機器人的基礎上，以血管介入手術為使用背景，研制出的一種機器人輔助系統(tǒng)，用于幫助醫(yī)生完成血管介入手術，實現(xiàn)導管運動自動化，并對其進行遙控操作。 血管介入手術機器人 末端執(zhí)行器 屬于醫(yī)療外科手術的輔助 設備 。軸向進給模塊安裝在旋轉(zhuǎn)運動模塊上，同時 用連桿將 檢測模塊與旋轉(zhuǎn)模塊固定在一起，形成一個 整體 的旋轉(zhuǎn)部件， 由 主 動與 從動滾輪實現(xiàn)對導管的雙臂把持，由旋轉(zhuǎn)齒輪驅(qū)動，實現(xiàn)了導管沿自身軸線的旋轉(zhuǎn) 。 圖 32 機構 樣機 機械結構的 模塊化設計 模塊化設計是從系統(tǒng)的觀點出發(fā)，研究產(chǎn)品的結構組 成，用分解和組合的方法，建立起模塊體系，運用模塊的組合生成產(chǎn)品。 導管軸向進給部件的模塊化設計 根據(jù)導管摩擦傳動的推進方式，我們對血管介入手術機器人末端執(zhí)行器的軸向進給部分進行了系統(tǒng) 的模塊化設計，并根據(jù)方便拆裝的基本要求，對其機械機構進行了濟南大學畢業(yè)設計 11 優(yōu)化設計。 圖 34 進給部件傳動示意圖 濟南大學畢業(yè)設計 12 由于血管介入手術 醫(yī)療 機器人 在 臨床應用 時 的特殊環(huán)境以及對機器人電 子 設備的保護 [10]，要求進給部件的執(zhí)行機構能 能夠 與電器設備快速的分離，因此本 文中的 軸向進給機構的傳動方式采用齒輪傳動。 在 設計 檢測部件的過程中，考慮到機器人臨床應用的特殊環(huán)境以及對機器人電 子設備的保護等要求 ， 此 軸向距離檢測機構也采用了齒輪傳動 [11]的方式，以保證在對機器人進行處理時快速方便的分離機械結構和