人工智能與機(jī)器人.ppt

1、山東大學(xué)創(chuàng)新教育一般核心課程人工智能和機(jī)器人cyj86358137，88399323山東大學(xué)，artificialingtelligenceandrobotics，第2，11章醫(yī)療機(jī)器人，artificialingtelling你能想象機(jī)器人醫(yī)生是如何通過幾千英里外的遙控器實(shí)現(xiàn)“醫(yī)學(xué)”的嗎？這不是幻想，不是愚蠢的夢(mèng)。11.1醫(yī)療機(jī)器人的定義和特性，6，對(duì)醫(yī)療機(jī)器人的說明在西方不是新概念。隨著機(jī)器人的發(fā)展，醫(yī)療機(jī)器人也出現(xiàn)了。1998年5月，德國和法國兩個(gè)國家的醫(yī)生用遙控器機(jī)器人對(duì)一名心臟患者進(jìn)行了瓣膜修復(fù)手術(shù)。2001年9月，法國醫(yī)生通過超級(jí)遠(yuǎn)程控制醫(yī)療機(jī)器人，為美國紐約遠(yuǎn)在法國的患者進(jìn)行了膽囊切除手術(shù)作為很多成功案例，逐漸接受了這種特殊的“妙手神醫(yī)”。11.1醫(yī)療機(jī)器人的定義和特性，7，那么醫(yī)療機(jī)器人是近10年來發(fā)展較快的新應(yīng)用領(lǐng)域。那么，這也可以看到一些方面，包括人是非常珍貴的生物。人的眼球、神經(jīng)和血管都很細(xì)微。如果一個(gè)人做手術(shù)的時(shí)候醫(yī)生做手術(shù)，一個(gè)是疲勞，另一個(gè)是手的操作精度仍然有限.11.1醫(yī)療機(jī)器人的定義和特性，如：腰椎間盤一樣，面向人的脊椎突出此病，識(shí)別后可以自動(dòng)用機(jī)器人輔助定位、操作和手術(shù)；一些醫(yī)院正在開發(fā)像人一樣的腦部手術(shù)，這是很危險(xiǎn)的事。但是北港對(duì)人類大腦的定位和開發(fā)鉆探等工作已經(jīng)得到了很好的實(shí)例。11.1醫(yī)療機(jī)器人的定義和特性，9，像美國一樣，有1000多個(gè)機(jī)器人對(duì)人的眼球進(jìn)行手術(shù)；美國已經(jīng)對(duì)人的心臟瓣膜進(jìn)行了手術(shù)，成功實(shí)現(xiàn)了旁路手術(shù)，在機(jī)器人領(lǐng)域也掀起了軒然大波。11.1醫(yī)療機(jī)器人的定義和特性，10，醫(yī)療機(jī)器人是獨(dú)立制定運(yùn)營計(jì)劃，根據(jù)實(shí)際情況確定行動(dòng)程序，然后將動(dòng)作轉(zhuǎn)換為機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)的智能服務(wù)機(jī)器人。因此，廣泛的感官系統(tǒng)、智能、模擬設(shè)備(周邊情況和自我機(jī)器人的認(rèn)識(shí)和自我認(rèn)識(shí))從事醫(yī)療或輔助醫(yī)療工作。11.1醫(yī)療機(jī)器人的定義和特性，11，醫(yī)療機(jī)器人技術(shù)是融合醫(yī)學(xué)、生物力學(xué)、機(jī)械力學(xué)、材料科學(xué)、計(jì)算機(jī)圖形、計(jì)算機(jī)視覺、數(shù)學(xué)分析、機(jī)器人等多個(gè)領(lǐng)域的新交叉研究領(lǐng)域，具有重要的研究價(jià)值，在軍事和民間具有廣泛的應(yīng)用前景，是當(dāng)前機(jī)器人領(lǐng)域的熱點(diǎn)研究課題。醫(yī)療機(jī)器人主要用于傷兵的手術(shù)、搶救、運(yùn)輸、康復(fù)。11.1醫(yī)療機(jī)器人的定義和特性，12 .但是將其他領(lǐng)域的機(jī)器人簡單地應(yīng)用到醫(yī)療領(lǐng)域?qū)嶋H上是不可能的。工業(yè)機(jī)器人以提高生產(chǎn)效率為目的，面臨著工業(yè)產(chǎn)品，醫(yī)療機(jī)器人必須直接接觸患者的身體，因此，這兩種機(jī)器人在安全性能力方面有很大的不同。由于過于意識(shí)到醫(yī)療機(jī)器人的安全性，日本目前的醫(yī)療機(jī)器人處于落后階段。11.1醫(yī)療機(jī)器人的定義和特性，13，目前醫(yī)療機(jī)器人的臨床應(yīng)用剛剛開始，很多企業(yè)正在加強(qiáng)這方面的研究和開發(fā)。但是，安全能力評(píng)價(jià)或相關(guān)社會(huì)保險(xiǎn)等問題還不完善，因此普遍使用醫(yī)療機(jī)器人需要更多的時(shí)間。當(dāng)然，人們不難看到利用機(jī)器人進(jìn)行人體醫(yī)療手術(shù)的電視直播，機(jī)器人學(xué)會(huì)也經(jīng)常舉行有關(guān)醫(yī)療機(jī)器人的研討會(huì)，甚至出現(xiàn)了有關(guān)醫(yī)療機(jī)器人的專題報(bào)道。醫(yī)療機(jī)器人成為外科學(xué)會(huì)和機(jī)器人學(xué)會(huì)共同關(guān)注的新興技術(shù)領(lǐng)域，在其他領(lǐng)域也是罕見的。11.1醫(yī)療機(jī)器人的定義和特性，14，11.1.1.2醫(yī)療機(jī)器人的特性近年來，醫(yī)療機(jī)器人和計(jì)算機(jī)輔助醫(yī)療手術(shù)技術(shù)在多個(gè)領(lǐng)域的跨學(xué)科領(lǐng)域興起，逐漸成為受關(guān)注的機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域的尖端研究主題之一。該模型是為了最終實(shí)現(xiàn)多傳感器機(jī)器人的輔助手術(shù)位置和操作，為了進(jìn)行醫(yī)療手術(shù)計(jì)劃和虛擬操作，在計(jì)算級(jí)別掃描圖像或MRI圖像的三維醫(yī)療模型。11.1醫(yī)療機(jī)器人的定義和特性，15，機(jī)器人在應(yīng)用領(lǐng)域有兩個(gè)突出的特點(diǎn)。一是可以代替人類工作，可以代替人做簡單的重復(fù)勞動(dòng)，可以代替人在骯臟的環(huán)境和危險(xiǎn)的環(huán)境中工作，也可以代替人做勞動(dòng)強(qiáng)度很高的功業(yè)。二是擴(kuò)大人類做難做的細(xì)致的作業(yè)、超快的作業(yè)等的能力。11.1醫(yī)療機(jī)器人的定義和特性，16，醫(yī)療機(jī)器人就是利用這兩種功能。醫(yī)療機(jī)器人有機(jī)器人的兩個(gè)基本特性，準(zhǔn)確的位置選擇，精密的動(dòng)作，防止患者感染。例如：人工小于1毫米的血管縫合在血管縫合手術(shù)中很困難，使用醫(yī)療機(jī)器人可以用小于0.1毫米的精確度進(jìn)行血管縫合手術(shù)。用醫(yī)療機(jī)器人手術(shù)可以避免醫(yī)生直接接觸患者的血液，大大減少患者感染的危險(xiǎn)。11.1醫(yī)療機(jī)器人的定義和特性，17，準(zhǔn)確的位置和操作，微創(chuàng)手術(shù)，可靠性，突破手術(shù)禁區(qū)，通過遠(yuǎn)程手術(shù)，減少醫(yī)生的勞動(dòng)強(qiáng)度，避免暴露在輻射或強(qiáng)有力的傳染病病原體里。11.1醫(yī)療機(jī)器人的定義和特性，18，與其他機(jī)器人相比，醫(yī)療機(jī)器人的特點(diǎn)如下。運(yùn)營環(huán)境通常具有醫(yī)院、街道、家庭和非特定情況下的移動(dòng)性和導(dǎo)航、識(shí)別和回避功能，以及智能人機(jī)交互界面。如果需要手動(dòng)控制，還具有遠(yuǎn)程控制功能。醫(yī)學(xué)機(jī)器人旨在以人、人體信息及相關(guān)醫(yī)療設(shè)備為對(duì)象，進(jìn)行綜合工程、醫(yī)學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)藥、社會(huì)學(xué)等各領(lǐng)域的知識(shí)的研究課題。11.1醫(yī)療機(jī)器人的定義和特性，19，醫(yī)療機(jī)器人的材料選擇和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，必須在容易消毒滅菌的前提下安全可靠，沒有輻射。作為以人為工作對(duì)象的醫(yī)療機(jī)器人，其性能必須滿足對(duì)情況變化的適應(yīng)能力、工作的柔軟性、對(duì)危險(xiǎn)的安全性、對(duì)人體和精神的適應(yīng)能力等。11.1醫(yī)療機(jī)器人的定義和特性，20，醫(yī)療機(jī)器人和醫(yī)療器械之間有信息通信接口，人機(jī)交互接口，臨床輔助設(shè)備接口和傷員轉(zhuǎn)移接口等一般對(duì)接接口，或預(yù)約。11.1醫(yī)療機(jī)器人的定義和特性，21，從技術(shù)上講，醫(yī)療機(jī)器人的發(fā)展基于機(jī)械設(shè)計(jì)和制造技術(shù)、傳感器應(yīng)用技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、驅(qū)動(dòng)技術(shù)、人機(jī)交互技術(shù)的幾種基本技術(shù)。11.1醫(yī)療機(jī)器人的定義和特性，22，醫(yī)療機(jī)器人具有以下優(yōu)點(diǎn)：1。準(zhǔn)確度越來越高。2?？煽啃栽絹碓綇?qiáng)。3 .傷口越來越小。4。應(yīng)用越來越廣泛。5 .競爭越來越激烈。11.1醫(yī)療機(jī)器人的定義和特性，23，11.1.1.3醫(yī)療機(jī)器人的應(yīng)用和特性1，手術(shù)機(jī)器人的準(zhǔn)確度高，可靠性高，準(zhǔn)確度高，提高了手術(shù)成功率。目前，手術(shù)機(jī)器人不僅完成了普通外科的手術(shù)，還完成了腦神經(jīng)外科、心臟修復(fù)、膽囊切除、人工關(guān)節(jié)更換、泌尿外科、整形外科等的手術(shù)。2、醫(yī)療機(jī)器人位置和操作精度，微創(chuàng)手術(shù)，可靠性，以及突破手術(shù)限制區(qū)，通過遠(yuǎn)程手術(shù)減少醫(yī)生的勞動(dòng)強(qiáng)度，避免暴露于輻射或致命傳染病病原體。3、醫(yī)療機(jī)器人和計(jì)算機(jī)輔助定位系統(tǒng)在臨床應(yīng)用中滿足脛骨骨折閉合復(fù)位和交鎖髓內(nèi)固定，骨折復(fù)位和遠(yuǎn)程鎖定釘插入減少術(shù)中x線透視時(shí)間，遠(yuǎn)程遙控操作可靠性和方便性，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，容易掌握。11.1醫(yī)療機(jī)器人的定義和特性，24，11.1醫(yī)療機(jī)器人11.2醫(yī)療機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展11.3各種醫(yī)療機(jī)器人簡介，第11章醫(yī)療機(jī)器人，artificialineatelligenceandrobotics，2020/5/30，24，25但是隨著原子領(lǐng)域和宇宙開發(fā)領(lǐng)域的遙控器機(jī)器人技術(shù)開發(fā)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的出現(xiàn)，醫(yī)療領(lǐng)域也掀起了醫(yī)學(xué)機(jī)器人開發(fā)熱潮。目前醫(yī)療領(lǐng)域的機(jī)器人技術(shù)可以說是最發(fā)達(dá)的領(lǐng)域之一。11.2醫(yī)療機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，26，商業(yè)化的手術(shù)機(jī)器人最初于1994年在美國計(jì)算機(jī)公司開發(fā)，本質(zhì)上是一種聲控制腹腔鏡自動(dòng)“扶手”。允許進(jìn)行微創(chuàng)手術(shù)的“欄桿”系統(tǒng)是第一個(gè)獲得FDA許可的產(chǎn)品，并獲得了臨床許可。速度控制仍然是迄今為止最直觀的操作概念。醫(yī)療機(jī)器人的概念是1996年制定的，早期大多數(shù)流行的醫(yī)療機(jī)器人是由美國的研究生產(chǎn)的。11.2醫(yī)療機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，27，IBM和加利福尼亞大學(xué)共同開發(fā)了ROBODOC關(guān)節(jié)機(jī)器人。歐洲從1992年開始用該工具做了數(shù)千次關(guān)節(jié)置換手術(shù)。整個(gè)手術(shù)過程非常準(zhǔn)確，但是ROBOD0C還沒有得到美國食品藥物管理局(FDA)的認(rèn)證，最近被懷疑會(huì)對(duì)生病的患者造成長期傷害。CASPAR機(jī)器人是可以進(jìn)行膝蓋置換和顱面手術(shù)的類似系統(tǒng)，在德國的0 rtomeaquet開發(fā)，在URS0rtho銷售。但兩家公司都破產(chǎn)了，這個(gè)系統(tǒng)不再是臨床上允許的。11.2醫(yī)療機(jī)器人技術(shù)開發(fā)，28，手術(shù)機(jī)器人于1997年3月在比利時(shí)布魯塞爾StPierre醫(yī)院完成了第一次腹腔鏡手術(shù)膽囊切除術(shù)。1998年，ComputerMotion開發(fā)的Zeus系統(tǒng)、IntuitiveSurgical開發(fā)的daVinci系統(tǒng)和endoVia開發(fā)的Laprotek系統(tǒng)都取得了成功。這三個(gè)系統(tǒng)都由醫(yī)生控制臺(tái)、機(jī)器人和內(nèi)窺鏡裝置三部分組成。開發(fā)11.2醫(yī)療機(jī)器人技術(shù)，29，Zeus系統(tǒng)采用純信號(hào)方法，在傳輸距離控制機(jī)械臂，無論視頻延遲如何。Zeus系統(tǒng)于2001年9月首次成功完成了跨大西洋機(jī)器人腹腔鏡膽囊切除術(shù)。目前，手術(shù)機(jī)器人不僅完成了普通外科的手術(shù)，還完成了腦神經(jīng)外科、心臟修復(fù)、膽囊切除、人工關(guān)節(jié)更換、泌尿外科、整形外科等的手術(shù)。11.2醫(yī)療機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，30，1998年5月，德國和法國兩位醫(yī)生合作，用遠(yuǎn)程控制機(jī)器人系統(tǒng)為一名心臟患者成功進(jìn)行了瓣膜修復(fù)手術(shù)；2001年9月，法國醫(yī)生通過超級(jí)遠(yuǎn)程控制醫(yī)療機(jī)器人，為美國紐約遠(yuǎn)在法國的患者進(jìn)行了膽囊切除手術(shù)作為很多成功案例，逐漸接受了這種特殊的“妙手神醫(yī)”。11.2醫(yī)療機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，31，雖然目前市場(chǎng)上成熟的手術(shù)機(jī)器人產(chǎn)品只有一個(gè)：美國的DaVinciSurgicalSystem(DaVinciSurgicalSystem)，但達(dá)芬奇展示的“穩(wěn)定、準(zhǔn)、無情”的刀和小創(chuàng)立足以吸引很多術(shù)后恢復(fù)效果的患者。另一方面，“達(dá)芬奇”把150萬美元到200萬美元的售價(jià)放在個(gè)別患者仍然可以負(fù)擔(dān)的類別中。截至2010年3月31日，達(dá)芬奇系統(tǒng)在全世界銷售了1482臺(tái)。11.2醫(yī)療機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，32，外科機(jī)器人“達(dá)芬奇”-左：外科醫(yī)生和控制臺(tái)中：助手、機(jī)器人和手術(shù)臺(tái)右：影像系統(tǒng)(實(shí)際影像系統(tǒng)可以在控制臺(tái)和其他需要的地方看到)，11.2醫(yī)療機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，33，1997年，手術(shù)機(jī)器人2001年9月7日，歷史上第一次橫渡大洋的長途駕駛手術(shù)同時(shí)在大西洋兩岸進(jìn)行；2003年，“宙斯”公司ComputerMotion和“達(dá)芬奇”公司IntuitiveSurgical宣布合并后，達(dá)芬奇也成為了目前市場(chǎng)上唯一獲得美國食品藥物管理局(FDA)認(rèn)證的外科機(jī)器人產(chǎn)品。目前全世界有850多家醫(yī)院使用這種手術(shù)機(jī)器人。11.2醫(yī)療機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，34，加拿大衛(wèi)生部門2011年4月宣布，將在國內(nèi)普及實(shí)施具有特別敏感觸覺的神經(jīng)外科手術(shù)的機(jī)器人。醫(yī)生們可以通過最清晰的視覺進(jìn)行腦部顯微手術(shù)。其準(zhǔn)確度即使是一縷頭發(fā)和最小的神經(jīng)也能有清晰的三維圖像。這個(gè)機(jī)器人去年4月在卡爾加里山腳下的醫(yī)院首次成功使用。11.2醫(yī)療機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，35，2010年5月10日，英國倫敦皇家醫(yī)學(xué)會(huì)表示，英國將開始普及能緩解國內(nèi)護(hù)士短缺，顯著提高護(hù)理效率和安全性的醫(yī)療機(jī)器人護(hù)士。此前，4月1日在倫敦展出了這個(gè)“機(jī)器人護(hù)士”，頭上安裝了多臺(tái)激光和熱成像相機(jī)，在聲音識(shí)別技術(shù)的幫助下，可以及時(shí)與患者對(duì)話，切斷未經(jīng)許可的訪客?！皺C(jī)器人護(hù)士”的“胸部”是一個(gè)控制面板，可以通過編程輸入一些復(fù)雜的操作說明。那個(gè)“腹部”裝有隨時(shí)檢查患者體溫的紅外傳感器。11.2醫(yī)學(xué)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，36，盡管如此，手術(shù)機(jī)器人的很多方面需要持續(xù)改進(jìn)和改進(jìn)，通過添加“人工視覺”系統(tǒng)，在手術(shù)過程中監(jiān)測(cè)手術(shù)野，輔助手術(shù)者可以做出判斷，提高手術(shù)安全性；使用軟件處理觸覺和視覺圖像的集成、分割和合成。提供穩(wěn)定的觸覺控制，識(shí)別不同的人體組織，進(jìn)行主要解剖結(jié)構(gòu)的圖像識(shí)別和圖像分割。觸覺反饋和位置感很好。11.2醫(yī)療機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，37、微電子機(jī)械技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，通過對(duì)微型機(jī)器人、甚至納米機(jī)器人的技術(shù)支持，直接進(jìn)入人體器官內(nèi)部進(jìn)行工作，完成組織取樣、血管疏通、藥物固定放置、顯微手術(shù)、細(xì)胞操作等普通醫(yī)療技術(shù)和手段不可能完成的工作。11.2醫(yī)療機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，38，目前國外正在開發(fā)體內(nèi)自主駕駛診斷治療，體內(nèi)顯微手術(shù)，體內(nèi)藥物直接推出微型手術(shù)機(jī)器人。醫(yī)生用注射器將微型機(jī)器人推入人體內(nèi)部的微生物傳感器中檢查人體組織，發(fā)現(xiàn)有病變的組織后，微型手術(shù)機(jī)器人會(huì)直接對(duì)有病的組織進(jìn)行手術(shù)，并注入藥物。11.2醫(yī)療機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，39、醫(yī)療機(jī)器人技術(shù)將現(xiàn)有醫(yī)療儀器與信息技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)相結(jié)合，是近年來多領(lǐng)域新的研究領(lǐng)域，也是當(dāng)前國際機(jī)器人領(lǐng)域最前沿的研究熱點(diǎn)之一。11.2醫(yī)療機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，40，11.2.