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東京工業大學發布用于機器人輔助手術的新控制器設計

時間:2020-02-24 來源:機器人在線 閱讀:5256 原創

隨著自動化和機器人技術的發展,醫療機器人已經開始滲入醫療保健領域,通過機器人的輔助,外科醫生的操縱下,機器人手術在過去十年中取得了長足的進步。


這樣的系統通過濾除手部震顫并將其手部動作縮放為較小的動作,從而提高了外科醫生的靈活性和準確性。它們還降低了常見手術并發癥(如手術部位感染)的風險。


近日,東京工業大學的科學家宣布了一種新型的機器人輔助手術機械控制器。新控制器結合了商用機器人中使用的兩種夾持方式,以利用每種夾持器的最佳功能并為外科醫生提供更高的精度。


克服人類掌握的局限性


然而,機器人輔助手術有其自身的缺點,特別是對于進行手術的人。機器人外科醫生有時會在手術過程中感到身體不適,手指疲勞很常見。這種不適與他們握住主控制器的方式有關。


通常使用兩種類型的手柄來控制外科手術機器人:“捏手”和“電動手”。捏緊手柄已在常規手術中使用了多個世紀。它涉及使用拇指、中指和食指來實現高精度運動。另一方面,電動手柄包括用整只手抓住手柄,更適合于有力的工作和較大的運動。


由于捏握會在手和手指的某些肌肉上施加壓力,因此更容易引起疲勞。而且,盡管電動握柄似乎并未引起這種不適,但它的控制精度較差。因此,在由捏握引起的不適和對動力握持的精細控制的缺乏之間存在折衷。


幸運的是,東京工業大學(Tokyo Tech)的兩位研究人員Solmon Jeong和Kotaro Tadano 找到了解決此問題的靈巧方法。在《國際醫療機器人與計算機輔助外科雜志》上發表的一項研究中,他們推測可以設計出一種結合了兩種抓握方式的主控制器。


Tadano博士說:“在機器人手術中,兩種常規夾持方法的局限性與每種夾持類型的優缺點密切相關。” “因此,我們想研究一種結合的抓持方法是否可以改善機器人手術期間的操縱性能,因為這可以利用兩種抓持類型的優點同時彌補它們的缺點。”

提高手術精度和準確性


經過概念驗證實驗并取得了可喜的結果之后,研究人員設計了一個帶有模塊化主控制器的機器人手術系統,該系統可以進行調整,以采用捏合、電動或組合抓緊方式。


該系統通過定點實驗進行了測試,其中有15名參與者必須控制機械臂,以在最短時間內將針尖帶入目標孔而不會碰到障礙物。針對每種握持類型測試了各種條件,例如使用手臂和掌托,使用手柄,握持類型以及捏握動作。


研究結果表明,組合的抓地力在指向性實驗的各個方面產生了更好的性能,包括失敗的次數(觸摸障礙物),所需的時間以及為達到目標而進行的動作的總長度。許多參與者還報告稱,由于使用這種方法的簡便性和舒適性,它比其他兩種方法更喜歡組合夾持方法。


這種新的主控制器設計可能是機器人輔助手術朝正確方向邁出的一步。


“機器人手術主控制器的操縱方法在直觀性,舒適性,精確性和穩定性方面具有重要影響。除了實現精確的操作外,舒適的操作方法還可能使患者和外科醫生受益。”


盡管需要進一步的工作來分析與機器人手臂操作有關的其他變量,但這項工作可能會使先進的外科手術機器人系統受益。

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