【正文】 [7]，是指醫(yī)生在先進(jìn)的數(shù)字減影技術(shù)的指引下，操控導(dǎo)管在人體 的 血管內(nèi)運(yùn)動(dòng)， 到達(dá) 病灶實(shí)施治療， 實(shí)現(xiàn) 栓塞畸形血管、溶解血栓、擴(kuò)張狹窄血管等目的。 目前國內(nèi)對血管介入手術(shù)機(jī)器人進(jìn)行研究的單位較少，主要有哈爾濱工業(yè)大學(xué)和北京航空航天大學(xué)等單位。這是世界上第一套用于臨床實(shí)驗(yàn)的血管介入手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)。但是此后幾年， 人們將越來越多的關(guān)注轉(zhuǎn)移到了血管介入手術(shù)醫(yī)療機(jī)器人上，促進(jìn)了此研究的飛速發(fā)展。 本文 主要研究血管介入手術(shù)醫(yī)療機(jī)器人， 血管介入手術(shù)是指醫(yī)生在數(shù)字減影血管造影成像系統(tǒng)的導(dǎo)引下，操控導(dǎo)管在人體血管內(nèi)運(yùn) 動(dòng)，對病灶進(jìn)行治療，達(dá)到栓塞畸形血管、溶解血栓、擴(kuò)張狹窄血管等目的。譬如：在血管縫合手術(shù)時(shí)，人工很難進(jìn)行細(xì)于 1 毫米以下的血管縫合，如果使用醫(yī)療機(jī)器人，血管縫合手術(shù)可以達(dá)到 小于 0． 1 毫米的精度；用醫(yī)療機(jī)器人進(jìn)行手術(shù)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(xiǎn)。 介入手術(shù)醫(yī)療機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀 醫(yī)療機(jī)器人的概述 醫(yī)療機(jī)器人技術(shù)是集醫(yī)學(xué)、生物力學(xué)、機(jī)械學(xué)、機(jī)械力學(xué)、材料學(xué)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、計(jì)算機(jī)視覺、數(shù)學(xué)分析、機(jī)器人等諸多學(xué)科 為一體的新型交叉研究領(lǐng)域，具有重要的研究價(jià)值，在 實(shí)際運(yùn)用 上有著廣泛的應(yīng)用前景，是目前機(jī)器人領(lǐng)域的一個(gè) 新的 研究熱點(diǎn)。 2020年全球血管介入手術(shù)方面的治療費(fèi)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(shù)缺點(diǎn)太多，成本過高，極大的限制了其在實(shí)際生活中的應(yīng)用。 綜上所述開展介入手術(shù)醫(yī)療機(jī)器人的研究具有 重要的實(shí)際意義，而且對于醫(yī)療技術(shù)的進(jìn)步 乃至人類社會(huì)的發(fā)展都起到至關(guān)重要的作用。如圖 21 所示， 就是 傳統(tǒng)的血管介入手術(shù)，醫(yī)生需要長時(shí)間徒手操作，對醫(yī)生的技術(shù)水平要求較高；同時(shí)因?yàn)樵谏渚€下工作，對醫(yī)生的的身體傷害很大。 先進(jìn)的血管介入手術(shù) 由 機(jī)器人輔助操作 : 運(yùn)動(dòng)精度、定位精度高 ； 剛性、穩(wěn)定性好 ； 遠(yuǎn)程操作，避免輻射 ； 利用 VR技術(shù)，開展培訓(xùn) 。因而 血管介入手術(shù) 的發(fā)展對患者來說至關(guān)重要。濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 畢業(yè)設(shè)計(jì) 題 目 介入手術(shù)醫(yī)療機(jī)器人末端 執(zhí)行器設(shè)計(jì) 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 1 前言 隨著社會(huì)的進(jìn)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(guān)注。 據(jù)世界衛(wèi)生組織調(diào)查統(tǒng)計(jì)，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(shù) 需要 醫(yī)生徒手操作 ： 穩(wěn)定性差，手工操作抖動(dòng) ； XRay輻射，平均照射時(shí)間 17分鐘 ； 間斷性監(jiān)控具有潛在性風(fēng)險(xiǎn) ； 操作技巧性強(qiáng)，培訓(xùn)時(shí)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(shù)的廣泛應(yīng)用 。 但是 傳統(tǒng)的 血管介入手術(shù) 需要 醫(yī)生徒手操作 ，有時(shí)間長，輻射大，培訓(xùn)成本高等缺點(diǎn)，嚴(yán)重影響了患者的生存質(zhì)量。開展醫(yī)療機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)的研究和臨床應(yīng)用，可以增強(qiáng)手術(shù)的動(dòng)態(tài)可視化、簡化手術(shù)操作過程、提高手術(shù)成功率、減少手術(shù)過程中患者的痛苦、縮短病人的康復(fù)周期等方面發(fā)揮重要的作用。 因而 介入醫(yī)學(xué) 成為了 與外科學(xué)、內(nèi)科學(xué)并稱的 三大醫(yī)療技術(shù)，是醫(yī)學(xué)中最年輕而發(fā)展又最快的一門學(xué)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(shù)醫(yī)療機(jī)器人，并且已經(jīng)推出了數(shù)字平板磁導(dǎo)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(jī)器人與介入手術(shù)結(jié)合的技術(shù)，充分符合國情，具有廣闊的發(fā)展空間與重要的實(shí)際意義。而 同時(shí)， 醫(yī)療機(jī)器人還有其自身的選位準(zhǔn)確、動(dòng)作精細(xì)、避免病人感染等優(yōu) 點(diǎn)。針對醫(yī)療機(jī)器人的研究也正處在不斷的進(jìn)步和發(fā)展之中。受到當(dāng)時(shí)科技條件限制，研究只限于實(shí)驗(yàn)階段，沒有達(dá)到臨床應(yīng)用階段。如圖22所示便是 Beyar開發(fā)出 來的 心血管介入手術(shù)的微創(chuàng)機(jī)器人 。 圖 22 Beyar 心血管介入手術(shù)機(jī)器人 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 圖 23 Hansen 主從血管介入手術(shù)機(jī)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(shù)醫(yī)療機(jī)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(shù)的醫(yī)療條件，但手術(shù)過程中都沒有機(jī)器人的參與，還停留在靠醫(yī)生徒手操作導(dǎo)管階段。 圖 24 BUAARR 七自由度冗 余機(jī)器人 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 介入手術(shù)醫(yī)療機(jī)器人末端執(zhí)行器設(shè)計(jì)要求 血管介入手術(shù)醫(yī)療機(jī)器人是在原有腦立體定向外科機(jī)器人的基礎(chǔ)上，以血管介入手術(shù)為使用背景，研制出的一種機(jī)器人輔助系統(tǒng)，用于幫助醫(yī)生完成血管介入手術(shù)，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)管運(yùn)動(dòng)自動(dòng)化，并對其進(jìn)行遙控操作。 血管介入手術(shù)機(jī)器人 末端執(zhí)行器 屬于醫(yī)療外科手術(shù)的輔助 設(shè)備 。軸向進(jìn)給模塊安裝在旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)模塊上，同時(shí) 用連桿將 檢測模塊與旋轉(zhuǎn)模塊固定在一起，形成一個(gè) 整體 的旋轉(zhuǎn)部件， 由 主 動(dòng)與 從動(dòng)滾輪實(shí)現(xiàn)對導(dǎo)管的雙臂把持，由旋轉(zhuǎn)齒輪驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)管沿自身軸線的旋轉(zhuǎn) 。 圖 32 機(jī)構(gòu) 樣機(jī) 機(jī)械結(jié)構(gòu)的 模塊化設(shè)計(jì) 模塊化設(shè)計(jì)是從系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā)，研究產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)組 成，用分解和組合的方法，建立起模塊體系，運(yùn)用模塊的組合生成產(chǎn)品。 導(dǎo)管軸向進(jìn)給部件的模塊化設(shè)計(jì) 根據(jù)導(dǎo)管摩擦傳動(dòng)的推進(jìn)方式，我們對血管介入手術(shù)機(jī)器人末端執(zhí)行器的軸向進(jìn)給部分進(jìn)行了系統(tǒng) 的模塊化設(shè)計(jì)，并根據(jù)方便拆裝的基本要求，對其機(jī)械機(jī)構(gòu)進(jìn)行了濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 優(yōu)化設(shè)計(jì)。 圖 34 進(jìn)給部件傳動(dòng)示意圖 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 由于血管介入手術(shù) 醫(yī)療 機(jī)器人 在 臨床應(yīng)用 時(shí) 的特殊環(huán)境以及對機(jī)器人電 子 設(shè)備的保護(hù) [10]，要求進(jìn)給部件的執(zhí)行機(jī)構(gòu)能 能夠 與電器設(shè)備快速的分離，因此本 文中的 軸向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)方式采用齒輪傳動(dòng)。 在 設(shè)計(jì) 檢測部件的過程中，考慮到機(jī)器人臨床應(yīng)用的特殊環(huán)境以及對機(jī)器人電 子設(shè)備的保護(hù)等要求 ， 此 軸向距離檢測機(jī)構(gòu)也采用了齒輪傳動(dòng) [11]的方式，以保證在對機(jī)器人進(jìn)行處理時(shí)快速方便的分離機(jī)械結(jié)構(gòu)和