毕业设计（论文）-无框架立体定位神经外科手术机器人造型设计.doc

绪论
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医疗器械工业——一种为人类健康服务的工业。就是用高新技术为医学科学提供新产品、新仪器、新设备、新工具、新材料的工业,这是一个活跃的产业,国际上有很多跨国企业把发展的方向投向现代医疗器械工业上。这是一个新兴的高科技产业,它既依赖于基础工业的发展,又推动了医学的进步。医疗器械工业备受科技界、产业界重视,它既有巨大的经济效益,又有显著的社会效益。
随着社会的发展,人们生活质量日益提高,对于各种高科技的应用也带来了丰富的物质基础。然而,无论社会发展到什么程度,病人这个特殊的群体是永远会存在的。医生和护士因他们服务于病人而被视为崇高的行业,医疗器械作为医生手中的工具,服务于医生、作用于病人,在健康事业中的作用不言而喻,这次毕业设计我能参与医疗器械的设计,这让我感到很荣幸,同时也暗下决心要把任务圆满完成。
由于这是个团队合作完成的课题,所以这次毕业设计,除了进一步学习和了解产品造型设计知识之外,我还将获得另外一个收获,那就是明白如何在一个团队中摆正自己的位置,协调好技术与外型的关系,求同存异,并最终和团队其他成员取得一致。
2 课题介绍
选题背景
本课题为跨专业联合设计,由机械设计专业的两位同学、工业工程专业的两位同学、机电一体化专业的一位同学和我共同参与,课题提供者是南京国康机器人公司,名为“无框架立体定位神经外科手术机器人”。该医疗器械属三类医疗器械,在设计技术、工艺上都有非常高的要求,它将被用来做开颅手术。
时尚产品诸如手机、笔记本电脑等,生产商往往会通过外型设计吸引消费者来达到提高销量的目的,这个销售策略早已被认同,而这一点在某些高技术、用途又比较单一的产品上常常被忽略,这是使用人群少、选择范围窄等原因所导致的。而像医疗器械这类常常是定点、定购的产品,生产商们更容易只重视其技术含量是否达标,至于外型,这类产品有太多的同类或是早期的产品可以借鉴,所以并不需要太多关心。
当人们第一眼注视一件东西时他看到的是它的外观,人的判断将从外型开始。由此可见外形对一件产品来说多么重要。相对于时尚产品来说,医疗器械的外观将更注重人机方面的考虑,力图使人机工学与形式美相结合,达到“看起来漂亮、用起来舒服”的效果。
医疗导航机器人总体介绍
本次设计所做的医疗导航机器人的效果图如下()
整体效果图
本产品主要用于立体定向导航(脑)神经外科手术。在脑部穿刺手术中,应先对标记点注册,即手动移动各关节使探针接触标记点,并锁定各关节,编码器记录各关节角位移并传给控制程序。手术时,控制程序会控制制动器在各关节移动到特定角度时锁死各关节,完成导航,辅助医生进行穿刺手术。
在外形尺寸与工作区间上,采用参数化设计方式,由用户个性化需求确定外形尺寸及工作区间。
资料的收集和分析
国内外医用机器人的发展及其现状
随着机器人技术的不断发展,机器人的应用范围越来越广泛,已经不再局限于传统的制造业。近年来,随着医学的需要和计算机辅助外科手术技术的兴起,医用外科机器人技术已经成为机器人应用研究的热点。
医用外科机器人不仅定位准确,状态稳定,而且可以实现手术微创,提高手术安全性,缩短医疗时间,降低医疗成本,能大大地提高手术的质量。许多国家纷纷设立专项计划研究医疗外科机器人技术,并将成果产业化。
自上个世纪80年代以来,医疗外科辅助机器人技术取得了许多研究成果,很多已经商品化。1987年,Kall等人研制了基于CT/MRI/DSA上的计算机辅助外科手术CAS系统;1989年日本的IMATRON公司生产了商品化的脑外科机器人Neuro-Mate;1992年意大利的TruppeM研究了基于PUMA262的矫形外科手术系统;1995年,;1997年德国的BohnerP研究了用于内窥手术的7自由度机器人;1997年意大利的CarrozzaMC研究了腹外科的微机器人系统;2001年7月法国医生雅克
·马雷斯科领导的医疗小组在美国纽约为远在法国斯特拉斯堡的病人进行了胆囊摘除手术,手术圆满成功[6]。
在国内,目前相关部门已经开始关注这类医疗电子设备的研究与开发,但总的来看,国内医用机器人系统的研究刚刚起步。由北京航空航天大学和海军总医院联合研制的机器人辅助立体定向神经外科手术系统已应用于辅助立体定向、放射性同位素置入等手术。
无框架立体定向导航手术过程
脑组织是人体内有别于其它生理组织结构的特殊器官,一旦损伤目前科技手段尚不能使其再生,因此脑神经外科手术是外科领域乃至整个医学领域中难度最大、要求最高的手术。
目前的脑外科手术系统可分为