同济大学-人工智能和机器人技术在医疗上的应用.pdf

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1、人工智能和机器人技术在医疗上的应用报告人：齐 鹏同济大学 电子与信息工程学院中国心血管医生创新俱乐部慕尼黑上海电子展 医院自动化医院自动化 手术机器人手术机器人 康复及辅助机器人康复及辅助机器人基于目标检测的血管狭窄病变检测研究背景医疗机器人的分类慕尼黑上海电子展达芬奇腹腔镜机器人Mako骨科机器人Monarch肺部活检Flex经胸腔、耳鼻喉CMR腹腔镜机器人JHU眼科手术机器人腹腔镜手术骨科手术肺部支气管活检耳鼻喉科手术视网膜眼科手术基于目标检测的血管狭窄病变检测研究背景手术机器人的蓬勃发展慕尼黑上海电子展手术发展趋势：微创化微创化手术创伤减小出血量减少患者痛苦减轻住院时间减少手术器械发展趋

2、势：微型化、柔性化、集成化微型化、柔性化、集成化开腹手术单孔手术自然腔道手术多孔微创手术&自然腔道手术工具传统工具单孔手术工具多孔微创手术工具&尺寸减小刚性变柔性刚性变柔性功能集成基于目标检测的血管狭窄病变检测研究背景手术机器人的临床需求牵引慕尼黑上海电子展基于目标检测的血管狭窄病变检测研究背景全球和中国手术机器人发展简史*本页内容由西门子医疗（上海）提供，仅做学术交流慕尼黑上海电子展Yang et al.,Medical roboticsRegulatory,ethical,and legal considerations for increasing levels of autonomy,

3、Science Robotics,vol.2,2017.基于目标检测的血管狭窄病变检测研究背景医疗机器人的自主性分级慕尼黑上海电子展0 0级：没有自动化级：没有自动化。这种医疗机器人包括能响应并遵循使用者指令的远程操作机器人或假肢器械。带有动作缩放的手术机器人也属于这一分类，因为动作输出代表着外科医生的意愿操纵。代表：比如目前全球最成功应用最为广泛的手术机器人达芬奇手术机器人也仅仅是0级自动化程度。基于目标检测的血管狭窄病变检测研究背景医疗机器人的自主性0级慕尼黑上海电子展达芬奇手术机器人系统达芬奇手术机器人系统统计数据显示统计数据显示截至截至2018年年9月月30日日全球装机量4814台美国

4、3110台欧洲821台亚洲629台中国89台治疗患者总数超过500万例 达芬奇手术机器人主要由3个部分组成：外科医生控制台、床旁机械臂系统、成像系统。可提供清晰放大的3D视野，有效手术视野范围大，并具有荧光显影技术，画质的改善有助于提高手术质量和保障患者安全。机器人操作臂较人手小，具有7个自由度且可转腕的手术器械，可过滤直接操作时的手部颤动，在狭窄腔体内的操作更加灵活、精准，操控范围大，改进了腔镜下的缝合技术。操作者可以坐着完成手术，不易疲劳，完成时间长、高难度的复杂手术更加轻松。可节省传统腹腔镜手术或开腹手术因暴露视野需要的23名助手。基于目标检测的血管狭窄病变检测研究背景达芬奇手术机器人慕

5、尼黑上海电子展基于目标检测的血管狭窄病变检测研究背景达芬奇手术机器人*本页内容由西门子医疗（上海）提供，仅做学术交流慕尼黑上海电子展 1 1级：机器人辅助级：机器人辅助。在任务操作过程中，由人连续控制系统，同时机器人可提供一些机械导引或者辅助机械导引或者辅助。(mechanical guidance or assistance)具有虚拟夹具（或主动约束）的手术机器人和带有平衡控制功能的下肢设备。Stryker公司的MAKO交互式骨科机器人正属于这一等级。2 2级：任务自主化级：任务自主化。初始化还是由人控制设计，机器人在特定的任务中完成自动操作。这与1级的区别在于操作者是断续而不是持续控制系统

6、。举例：手术缝合中外科医生指出要缝合的位置，机器人自动进行缝合，同时医生监管和必要时可进行干预。美国约翰霍普金斯大学和美国国立儿童医院联合开发了一种监督式的自主软组织手术机器人，属于该等级。基于目标检测的血管狭窄病变检测研究背景医疗机器人的自主性分级慕尼黑上海电子展1.组织穿刺2.缝合针抓取3.缝合针抽取4.双臂递针自主化创口吻合技术研究思路缝合任务过程拆解缝合针抓取姿态与双臂协同运动规划缝合任务模拟与双臂递针测试缝合针姿态的实时估计针抓取点的在线计算精准化的姿态对齐双臂末端相对位置控制关键性问题：缝合穿刺轨迹生成鲁棒式的缝合针抓取可靠的缝合针递针实现效果：临床医学机器人学控制科学基于目标检测