武汉商业服务学院机电工程与汽车服务学院 张红霞

1.引言

机器人在应用上有两个突出的特点：一是它能够代替人工作，代替人进行简单重复，脏乱危险环境，劳动强度大的工作；二是扩展人类的能力，它可以做人很难进行的高细微精密的作业，以及超高速作业等。医用机器人正是运用了机器人的这两个特点，具有选位准确，动作精细，避免病人感染等特点；譬如在血管缝合手术时，人工很难进行细1毫米以下的血管缝合，如果使用医用机器人，血管缝合手术可以达到小于0.1毫米的精度。

医用机器人是一个新兴的、多学科交叉的研究领域，涉及众多领域知识和技术，研究医用机器人不仅能促进传统医疗技术的变革，而且也会对这些相关技术的发展产生积极的推动作用，具有重要的理论研究意义。目前，医用机器人的研制主要集中在手术机器人、康复机器人和医院服务机器人系统等几个方面，本文详细介绍了国内外有关医用机器人的研究现状，并探讨了今后的发展方向。

2.手术机器人

近年来，各种医用机器人的概念和模型被提出和研发；而在众多的医用机器人研究中，手术机器人得到了相关研发人员的重视。手术机器人最早源于美军机器人手术和远程外科计划。1994年，由美国国防部下属的国防高级研究计划局（DARPA）研制成原型机。商业化的手术机器人则最早出现在1994年，由美国Computer Motion公司研制，命名为AESOP；该机器人实质上是一种声控腹腔镜的自动“腹镜手”。1997年3月，比利时布鲁塞尔St Pierre医院利用AESOP系统成功完成第一例腹腔镜手术——胆囊切除术。1998年，Computer Motion公司研制的Zeus系统，Intuitive Surgical公司研制的da Vinci系统，和endoVia公司研制的Laprotek系统分别获得了成功；其中da Vinci系统在国际上影响最大。这三系统均由三大部分组成：医生操纵台，机械手和内镜装置。Zeus系统采用纯信号方式实现医生操纵台对机器臂的控制，在传输距离上不受视频延迟的影响；2001年9月首次实现跨大西洋（美国纽约-法国斯特拉斯堡）的机器人腹腔镜胆囊切除术。最近，美军正在研究远程微创外科手术机器人，采用da Vinci系统在美国华尔特里德陆军医学中心和约翰霍普金斯医院之间（相距64 km）开展远程手术。

在国内，海军总医院和北航机器人研究所共同开发出智能化远程外科手术系统，被称为“遥操作远程医用机器人”。2002年，首次成功使用该机器人为一脑肿瘤患者做了立体定向活检手术。专家先通过电脑网络接收病人信息，分析病人CT影像，进行手术规划，然后遥控操作手术室内的机器人开始手术；机器人根据专家指令，自动搜索手术部位，并迅速锁定立体定向穿刺路径；20分钟后，成功地取出病变组织。2006年3月，我国首例通过互联网异地操控机器人的骨科手术在陕西延安获得成功；该手术为胫骨髓内钉手术，由1300公里外的北京专家通过互联网远程遥控机器人实施。

微型机电技术的不断深入发展为微小型机器人甚至纳米机器人提供了技术支持，它可以直接进入人体器官内部进行工作，完成组织取样、血管疏通、药物定点放置、微型手术和细胞操作等普通医疗技术和手段无法完成的工作。目前，国内外正在研制和开发体内自主行走式诊断治疗、体内微细手术和体内药物直接投放微型外科手术机器人。

目前医疗外科机器人系统的研究主要集中在几个方面：

(1)机器人机构研究：研究新的机器人本体，以拓宽机器人辅助外科的应用范围。

(2)机器人运动控制和路径规划研究：使机器人的运动精度更高，当运动路径的选取更加科学时，系统整体的安全性就更好。

金融监管机构要加强对第三方移动支付的监管，全面有效地监督第三方移动支付交易的具体操作，采取措施掌握第三方支付平台参与者信息的真实性和第三方移动支付交易的合法性，打击洗钱、网络诈骗等违法行为，营造良好的金融市场环境，增强第三方移动支付平台交易的安全性。

(3)虚拟现实技术和通讯技术在医疗外科机器人系统中的应用研究：使虚拟临场手术系统更加实用化。

(4)临床应用研究：任一医疗外科机器人系统，在完成系统设计和实验室试验后均需要进行临床应用研究，以确定系统对临床应用环境的适应性。

(5)系统集成研究：在完成系统各组成部分的研制后，通过系统集成研究将各部分有机组织起来，使最终系统的性能获得最佳。

(6)操作界面研究：以进一步提高医疗外科机器人系统的可操作性。为了医生和医疗机器人系统自如的交互，系统应尽可能为医生提供直观的交互平台。

（7)仿射变换研究：建立病人的某种图像信息与人体标准图谱的关系，以较低的成本和较高的速度获得用于规划、导航和仿真系统的病人三维立体模型。

应用外科辅助医疗机器人进行手术，可以极大的提高手术的准确性和可靠性，它的出现将对现代医学工程的发展产生深远的影响，在医疗手术领域具有广泛的应用前景。外科辅助医疗机器人系统将在应用中不断得到完善，并将改变外科医生处理患者的方法。它不仅会对常规医疗带来一系列的技术变革，而且对临床护理及康复工程等的发展都将产生深远的影响。

3.康复医疗机器人

康复机器人作为医疗机器人的一个重要分支，它的研究贯穿了康复医学，生物力学，机械学，机械力学，电子学，材料学，计算机科学以及机器人学等诸多领域，已经成为了国际机器人领域的一个研究热点。康复治疗机器人是康复医学和机器人技术的完美结合，不再把机器人当作辅助患者的工具，而是把机器人和计算机当作提高临床康复效率的新型治疗工具。这是一个囊括了生物力学或生物物理化学、竞争运动控制理论、训练技术和人机接口问题等诸多方面的复杂问题。目前，康复机器人已经广泛地应用到康复护理、假肢和康复治疗等方面，这不仅促进了康复医学的发展，也带动了相关领域的新技术和新理论的发展。

康复机器人能够为患者提供规律性的运动肌能恢复性训练和神经感知训练，从而提高他们的独立生活能力，这对改善生活质量，促进社会和谐具有重要的现实意义。康复训练机器人与传统工业机器人有着很大的区别。人作为系统的一部分参与机器人的运动和控制，对机器人的安全性!舒适性都提出了特殊的要求。

康复机器人可分为辅助性和治疗型两种。辅助型康复机器人主要用来帮助老年人和残

疾人更好地适应日常的工作和生活，部分补偿了他们弱化的机体功能；治疗型康复机器人用来帮助患者恢复机体功能。目前，康复机器人的研究主要集中在康复机械手、智能轮椅、康复治疗机器人以及家庭和单位之间的交互设备及智能控制界面等几个方面。

基于移动机器人的机械手目前最先进的康复机械手。这种机械手安装在移动机器人或者是自主或半自主的小车上从而适于更多的患者使用，同时扩大了机械手活动空间并提高了抓取精度。S.Tachi等人在MIT日本实验室研制了一种移动式康复机器人MELDOG，作为“导盲狗”以帮助盲人完成操作和搬运物体的任务。法国Evry大学研制了一种移动式康复机器人ARPH，使用者可以从工作站实施远程控制，使移动机器人实现定位和抓取操作。这种机械手系统一般要由视觉、灵巧操作、运动、传感、导航及系统控制等子系统组成。

轮椅式下肢残疾是失去行走能力的老年人的主要交通工具。目前，各类传感器和高效的信息处理及控制技术在轮椅上的应用，使轮椅成为高度自动化的智能移动机器人。意大利的TGR S.R.L公司开发了一种结合轮椅与小车结构的智能轮椅，它不仅能在规则的地上行走，还可以上下楼梯。

康复治疗机器人在医疗实践上主要是用于恢复患者肢体运动系统的功能。目前神经运动康复治疗机器人的研究比较活跃，用来康复治疗与神经运动有关的疾病，包括中风，帕金森氏病和大脑性麻痹症。美国麻省理工学院研制了一种帮助中风患者康复治疗的机器人MIT2MANUS，它有2个自由度，可以实现病人的肩、肘和手在水平和竖直平面内的运动。在治疗过程中，把病人中风的手臂固定在一个特制的手臂支撑套中，手臂支撑套固定在机器人臂的末端。病人的手臂按计算机屏幕上规划好的特定轨迹运动，屏幕上显示出虚拟的机器人操作杆的运动轨迹，病人通过调整手臂的运动可以使两条曲线尽量重合，从而达到康复治疗的目的。

现在的康复机器人技术正朝着以人为本的要求发展，强调人机互动和舒适安全性。康复机器人技术在发达国家已有较成熟的发展并形成了产业，在我国，这个领域尚处于起步阶段，相信随着社会经济进一步发展，以及构建和谐社会对残疾人事业的日益重视，康复机器人技术必将在21世纪迎来新的飞跃。

4.医院服务机器人

移动机器人也许是解决目前医院服务上一些缺陷的方法，完成一些沉重的工作，如抬起病人去厕所或为失禁病人更换床单等，一些医院服务机器人近年来得到发展，一般用来辅助护士完成食物、药品、医疗器械、病志等的传送和投递工作，如美国运输研究会（Transition Research Corporation，TRC）（现在叫HelpMate Robotics）研制的“HelpMate”机器人，可以24小时的在医院里完成运送食物和药品的工作，与工厂所使用的自动输送车不同的是，这种机器人不是沿着固定的轨道网络行走，而是基于传感器和运动规划算法实现自主行走，适合于部分结构化的环境（Structured Environment），系统也能处理传感器噪声、误差和定位错误，发现并避开障碍物。这种机器人已在数家医院安装，一些医院报告说工作效率大大提高。

日本机械工程研究所开发的“MELKONG”护理机器人，专门用来照顾那些行动不便的病人。该机器人可以轻松而平稳地将病人从床上托起，并将病人送往卫生间、浴室或餐厅。平时该机器人由护士操纵，但在夜间，病人也可以通过操纵手柄进行控制。一些关键技术，如停靠、行走、抓取、人机界面等都已经解决。

在医院服务应用领域，转运机器人近年来受到越来越多的关注和重视。转运机器人主要用于危重病患者的特殊检查、挪动、转床、手术和麻醉前后的接送和战场伤病员的后送，避免伤病员的再损伤。据统计，在美国辞职的医护人员中，大约有12%的人是因为长期从事患者的搬运而引起背部的损伤而不得不离开工作岗位，1996年和1998年，英国和澳大利亚相继颁布了“非人工”搬运患者的政策，2003年，国护理联合会呼吁取消人工搬运患者，采用器械或机器人搬运患者，并于2004年在加利福尼亚洲获得通过。2007年，燕山大学王洪波教授和日本Fumio Kasagami教授共同研制出“C-Pam”转运机器人，采用接触点相对静止技术，不需移动患者身体的任何部分，患者就会被移动到床板上。整个过程只需一个护理人员控制遥控器即可完成，不仅减少了患者的痛苦，减轻了护理人员的工作量，还大大地提高了工作效率。但是，它不具有水平移动和垂直举升能力，属于被动式转运，行走机构还是采用常用的导轮推车，传感器少，自动化和智能化水平相对比较低。转运机器人在保证患者无痛转运的前提下，还要易消毒灭菌，行走灵活，控制简单，安全可靠。随着技术的进步，转运机器人正朝着自动化和智能化方向发展。

5.结束语

医用机器人的应用极大的推动了现代医疗技术的发展，是现代医疗卫生装备的发展方向之一。手术机器人具有高准确性、高可靠性和高精确性，提高了手术的成功率；康复机器人具有智能化，可为伤员、病人与老年人提供康复护理和服务。随着科学技术的不断更新、社会的老龄化以及医疗技术的发展，各医疗机器人及其辅助医疗技术将得到更深入而广泛的研究和应用，各种新型的医用机器人机构、新型手术工具、医学图像采集和处理技术、远程系统传输技术、智能传感器、智能轮椅及其它相关技术仍是研究热点。

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