血管机器人现状调研综述和设计实现一种血管介入操作机器人开题报告 PPT课件

血管机器人
在血管中的机器人
01 产品简介
03 产品作用
目录
02 产品介绍 04 设计款式
血管机器人就是在血管中的机器人，由于血管的生理限制。血管机器人也是微型机器人的一个重要分支。只 不过在众多的微型机器人应用中，血管机器人的发展相对较为落后。这是由于血管的特殊生理决定的。不过，血 管机器人也分为两种级别。一种是纳米机器人，另一种是MEMS血管机器人。
正因此，世界各国的科研小组一直不断致力于研制医用纳米机器人。如图1所示，为《自然》杂志所发表的美 国最新研制的用于输送致癌药物的纳米机器人结构示意图，它为我们揭开了纳米机器人神秘的面纱。
产品介绍
MEMS血管机器人
世界上研究的大多数血管机器人都是指MEMS机器人。MEMS血管机器人是随着MEMS技术的发展不断进步的。随 着微机电系统的发展，人类已经可以加工越来越小的机器。这些机器小到一定程度就可以放进血管行使部分医疗 作用。MEMS血管机器人其实就是采用普通机器人的微型化。不过鉴于血管的特殊性，这使得MEMS血管机器人的设 计并不那么简单。MEMS血管机器人可以采用磁场、微电池或其他方式驱动，而不是像普通机器人那样单一的采用 马达驱动。如下为精子永涌动型血管机器人。血管机器人
设计款式
几种血管机器人的设计
1. 2007年，韩国KoreaAerospace大学的Jinwan Lim等人研制了一种有缆仿尺蠖微小管道机器人，该机器人 和米智楠等所研制的机器人在外形上类似，主要是由前后各一个直径9mm×10mm的气室和一个可伸缩的咖直径 2mm×50mm的中间气管组成的，可在直径为10—16mm的管道内运行，如图2所示。工作时从尾部通入1．6— 2．0Pa的气流，由于尾部气室后面的开口比前面的开口大，故使得后面的气室膨胀直到与管壁压紧时气体才会通 过尾部气室的前开口进入机器人的中问连接通道，直到中间通道带到一定长度时气体进入头部气室并使其膨胀， 然后再从尾部抽出气体，由于尾部和中间部分在头部与管壁摩擦力的作用下向前收缩，机器人就向前移动了一定 的距离，从而构成了机器人动作的一个循环，如图2所示。机器人的移动速度随气压值和管道直径的增大而增大， 在直径为16mm的管道内通入气体的气压为2．0 Pa时其最大速度可达50mm/s.

正常。根据手术需求，选择合适的手术器械和导管。
病人准备
03
对病人进行必要的术前评估，包括血管状况、手术风险等。为
病人做好术前准备，如局部麻醉、消毒等。
手术操作
机器人导航
根据医学影像数据，利用先进的计算机视觉和图像处理技术，实现 机器人在血管内的精确导航和定位。
微创手术操作
通过遥控或自主控制，泛血管手术机器人能够精确执行各种微创手 术操作，如血管狭窄扩张、血栓清除、支架植入等。
正常使用。
03
数据分析与总结
对手术过程中的数据进行深入分析，总结手术经验和教训，为今后的手
术提供宝贵参考。同时，将相关数据和经验分享给医学界，推动泛血管
手术机器人的技术进步和应用拓展。
04
泛血管手术机器人的优 势与挑战
优势分析
微创手术
提高手术精度
减少医生疲劳
扩大手术可及性
泛血管手术机器人可以实现微 创手术，通过对机器人的精准 控制，医生可以远程操作机器 人进行细致的手术操作，从而 减少手术创伤和出血量，加快 患者恢复。
通过图像处理技术，机器人可将二维图像转化为 三维模型，帮助医生更直观地了解患者血管结构 和病变情况。
机器人手术器械
01
02
03
微型化设计
泛血管手术机器人所采用 的手术器械经过微型化设 计，能够进入狭窄的血管 空间进行精细操作。
多功能性
机器人手术器械具备多种 功能，如切割、缝合、消 融等，满足血管手术的各 种需求。
机器人系统通常配备先进的导 航和定位系统，能够实时提供 手术区域的三维图像，帮助医 生进行更精确的手术规划和操 作。
手术机器人可以持续稳定地进 行手术操作，减轻了医生的工 作负担，并减少了因医生疲劳 而可能导致的手术风险。

其中用一个手臂用来操作摄像头，另外两个手臂用来操作一系列的手术器械。
Zeus机械系统
Zeus操控系统
Zeus系统
4 国内外研究现状
达芬奇系统由 {机器人平台}{视频系 统}{外科医生主控制台}组成。
操作流程：医生坐在远离病人的控制台旁， 透过机器手臂的协助，看着手术部位的三 维空间影像，遥控机器手臂，完成各种手 术动作。 优点： 1、可避免人手颤抖的情形； 2、机器人手臂稳定性与精确性高，手术更 精确、侵害性更小； 3、提供了动作缩放比例技术； 4、缩小伤口、减轻疼痛，降低感染及并发 症的问题发生； 5、缩短病患住院时间。
6、机构体积较大，不利于临床应用。
现状
5 预期目标
预期目标
此研究的目的在于提供一种能够在血 管介入手术中实现导管的轴向进给运动和
周向旋转运动的装置； 并力求所设计出的机构简单、精巧、易于
操作。 所设计的装置能够找准并进入分叉的血管
，到达正确的病变位置。
5 预期目标
设计要求：
1能够实现导管和导丝的轴向推进和周向旋转运动； 2在操作过程中，能够实现力反馈功能，模拟操作者在手 术过程中的手感； 3可以在显示装置的引导下实时控制导管的运动； 4导管输送装置必须稳定把持导管，不能出现颤抖等情况； 5要有较高的精度和稳定性，能够实现微小位移的移动；
பைடு நூலகம்
3 研究内容
文献研究阶段
※在阅读国内外大量相关资 料的前提下，深入了解血管 介入手术机器人导管输送装 置的国内外现状，分析国内 现有导管输送装置存在的问 题，并提出改进的措施。
设计阶段
※血管介入手术机器人的导 管输送装置总体设计; ※血管介入手术机器人的导 管输送装置机械系统研制; ※加工实现所设计的血管介 入手术机器人的导管输送装 置; ※对所设计的导管输送装置

1.1研究意义在全世界范围内，心血管疾病已逐渐升至为威胁人类健康的“第一杀手”。

我国心脏病患者已达2.3亿，每年有300万人死于心脑血管疾病，占全国总死亡人数的40%。

心脑血管疾病因其发病率高、致残率高和死亡率高已成为对我国中老年人危害最大的疾病之一。

当前，血管介入手术因其创伤小、时间短、安全性高、患者痛苦轻、术后恢复快、并发症少等特点，成为医学界公认的治疗心血管病的重要手段。

血管介入手术是指医生在数字减影血管造影机的导引下，操纵导管在人体血管内运动，对病灶进行治疗，达到栓塞畸形血管、溶解血栓、扩张狭窄血管等目的。

但是，人工血管介入手术存在以下弊端：医生长期暴露在X射线环境下工作，对身体伤害很大；手术方法技巧性强，对医生的技术水平要求高，培训时间长；操作复杂，医生疲劳和人手操作不稳定等因素会直接影响手术质量。

这些缺点限制了血管介入手术的广泛应用，机器人技术与血管介入技术有机结合是解决上述问题的重要途径[1]。

微创血管介入手术机器人将缓解病人对医生需求，降低医生劳动强度，并提高手术的效率和治愈率，是目前国内外研究的一个热点，也是机器人领域一个极具挑战性的课题。

在微创血管介入手术机器人系统中，通过推进机构将导管/导丝插入到特定的分支血管是整个手术的关键步骤，也是血管介入手术机器人要解决的主要突破口，所以推进机构的研究是关键科学问题之一。

本课题将在现有研究的基础上，提出一种完全创新的能够完成支架手术所需全部导管/导丝递送的推进机构，基于仿生学原理和HAM概念，建立推进机构的人机一体化创新设计和HAM人机系统控制的理论体系，并构建实验平台，解决现有血管介入手术机器人系统人机融合性差、人-计算机/机器人系统之间非对称交互的关键技术难题，为我国急需实用的微创血管介入手术机器人系统的研制提供可靠的理论依据和技术支撑，研究成果具有重要的科学意义和理论价值。

1.2国内外研究现状及发展动态分析1.2.1导管/导丝推进机构的研究状况微创血管介入手术机器人系统主要包括定位机器人、导管/导丝推进机构、推进机构的操作机构、影像导航设备和监控设备等，其中导管/导丝推进机构是关键设备之一。