医疗机器人技术在未来智慧医疗中的重要作用讲座课件.pptx

1、医疗机器人技术在未来智慧医疗中的重要作用医疗机器人技术在未来智慧医疗中的重要作用智慧医疗发展历程智慧医疗发展历程新基建时代医疗技术创新新基建时代医疗技术创新医疗机器人发展现状医疗机器人发展现状AI在医疗机器人方面的应在医疗机器人方面的应用用医疗机器人发展前沿与应用医疗机器人发展前沿与应用报报 告告 纲纲 要要3美国美国DARPA远程急救方案远程急救方案：TraumaPod1.Trauma Pod 视频视频2.多项前瞻性医疗急救技多项前瞻性医疗急救技术术Telepresence Robotic SystemTelepresence Control Mode:Force Reflective Co

2、ntrolCODECTime DelayAutonomous Control Mode:Local intelligence vs remote supervisorSupervisory controlApplications:Medical Centers,CountrysideMedical Units,Military Medical Units智慧医疗发展历智慧医疗发展历程程6专家诊疗系统技术专家诊疗系统技术7模糊信息处理与模糊推模糊信息处理与模糊推理理模糊量化模糊量化模糊测度模糊测度模糊表达模糊表达模糊推理模糊推理去模糊化去模糊化8神经网络与深度学习神经网络与深度学习（AI）典型神

3、经网络典型神经网络模糊神经网络模糊神经网络深度学习神经网络深度学习神经网络多层前馈式神经网络结构多层前馈式神经网络结构采用卷积积分训练方法采用卷积积分训练方法使用强化学习使用强化学习（Reinforcement Learning)Reinforcement Learning)进行大数据训练进行大数据训练属于监督式学习属于监督式学习（SupervisedSupervised LearningLearning）模式模式9新的通讯技术进步新的通讯技术进步（5G网络网络）新基建时代医疗机器人技术创新基建时代医疗机器人技术创新新11美国哈佛大学医学院美国哈佛大学医学院Spaulding康复医院简康复医院

4、简介介12未来最先产生重大变革的医疗大健康领域未来最先产生重大变革的医疗大健康领域未来手术室未来手术室 Future of OR远程医疗中心远程医疗中心 Telemedicine Center智能化诊疗中心智能化诊疗中心 Intelligent Medical Inspection&Diagnosis Center全时段监护住院部全时段监护住院部 24 Hour In-patient MonitoringVR/AR医学院及住院医生培训部医学院及住院医生培训部 VR/AR Training Center交互式养老院交互式养老院 Interactive Nursing Home智能化药房及送药系统

5、智能化药房及送药系统 Intelligent Pharmacy&Medicine DeliveryHstar Technologies Corporation13Future of The Operation RoomHuman-in-the-loop Robotic SurgeryRobotic AssistantsAutonomous Pre-surgery ServicesMulti-surgeon Remote CooperationLive Data Telepresence14Telepresence Medical Surgery&Telemedicine多位医疗手术专家在不同地

6、点，同一时间，协同完成一台手术操 作，实现资源共享。15Digital Human&Visualization16Intellignt Phamacy&Automous Medecine Delivery17智慧医疗智慧医疗/智慧医院之未来主要技智慧医院之未来主要技术术未来重点技术攻关领域：未来重点技术攻关领域：DiagnosisDiagnosis 诊诊断断TreatmentTreatment 治疗（含药物治治疗（含药物治 疗，手术治疗）疗，手术治疗）Rehabilitation/Nursing Rehabilitation/Nursing 康复康复/护理护理In PatientIn Pati

7、ent CareCare 住院治疗住院治疗EmergencyEmergency CareCare 急诊急诊未来技术挑战：未来技术挑战：需要好的顶层设计需要好的顶层设计需要保障安全性（手术、需要保障安全性（手术、治疗、数据）治疗、数据）建立开发式应急处理中心建立开发式应急处理中心建立医疗系统领域建立医疗系统领域4.04.0技技术标准术标准医疗机器人发展现医疗机器人发展现状状国际医疗机器人发展现状国际医疗机器人发展现状国际医疗机器人产业国际医疗机器人产业IntuitiveIntuitive SurgicalSurgical（美）美）TitanTitan Medical Medical（加拿大）加拿

8、大）MAKOMAKO SurgicalSurgical（美）美）EksoEkso BionicsBionics（美）美）CyberdyneCyberdyne（日本）日本）OpenOpen BionicsBionics（英）英）Rewalk RoboticsRewalk Robotics （以色列）（以色列）InTouchInTouch HealthHealth (美）美）医疗手术机器医疗手术机器人人Titan Medical(加拿大加拿大)Intuitive Surgical(美国美国)康复医疗机器康复医疗机器人人Rewalk(以色列以色列)Hocoma(瑞士瑞士)22康复机器人应用介康复机器

9、人应用介绍绍ogies Corporation2323Telepresence Medical Robot 远程临镜医疗机器人远程临镜医疗机器人远程临镜感知系统提供穿越 时空的“透明”感知效能本机承载智能控制系统并提 供实时医疗诊疗服务机器人运动控制及交互能力自主安全监护链接一流医疗 专家资源Hstar Technologies Corpor远程医疗机器远程医疗机器人人QB AvatarDoubleClassicVGOTeleMeJazz ConnectBEAMAva 500RP Vita公司MantaroBotDouble RoboticsClassic TechVGOAnybotsMant

10、aroBotSuitable TechiRobotiRobot价格$9,700$2,499$16,000$3,700$1,650 8,900$5,995ation$69,500$10,00024医疗护理机器医疗护理机器人人Sumitomo Riko(日本)Hstar Technologies(美国)虚拟现实医疗仿真训练虚拟现实医疗仿真训练/手术预演系手术预演系统统数字化人体模型数字化人体模型Ophthalmic ProceduresCataract surgery;Glaucoma surgery;Corneal surgery;Vitro-retinal surgery andEye mus

11、cle surgeryDue to the small size of the eye,instrument motion must be well controlled and the margin for error is very small.Haptics-based Eye Surgery TrainerAI在医疗机器人方面的应在医疗机器人方面的应用用AI在医疗机器人领域的应在医疗机器人领域的应用用认知与推理认知与推理/决策控制决策控制智能感知（视觉，听觉，触觉等）智能感知（视觉，听觉，触觉等）机械运动控制（轨迹控制，运动模态，机械运动控制（轨迹控制，运动模态，导航控制，抓取导航控制

12、，抓取/操控）操控）动力学融合与协同控制动力学融合与协同控制医疗流程参数化与康复医疗流程参数化与康复/护理护理/治疗优化治疗优化局部修复（含器官修复）局部修复（含器官修复）人工智能在机器人领域传人工智能在机器人领域传 统应用模式（物理层次）统应用模式（物理层次）人工智能在机器人领域新人工智能在机器人领域新 的应用模的应用模式式 （考虑心理（考虑心理 学，生理学因素学，生理学因素，Natural Dynamics）机器人协作机器人协作（Cooperative)与协同与协同（Synergetic）控制控制协作机器人概念协作机器人概念机器人协同控制是机器人机器人协同控制是机器人 动态协作（分工与配合

13、）动态协作（分工与配合），功能性操控，以达到动，功能性操控，以达到动 态感知，控制的高度融合态感知，控制的高度融合，是协作的一种优化。，是协作的一种优化。医疗机器人控制模式应该医疗机器人控制模式应该 是主客方面的协同控制而是主客方面的协同控制而 不仅限于简单的不仅限于简单的“协作协作”医疗机器人的协同控制特医疗机器人的协同控制特性性手术机器人需要主从动手术机器人需要主从动 力学方面的协同力学方面的协同康复机器人必须实现外康复机器人必须实现外 骨骼与内骨骼动力学的骨骼与内骨骼动力学的 协同控制。当前流行的协同控制。当前流行的 外骨骼机器人在刚性与外骨骼机器人在刚性与 主动驱动控制安全性方主动驱动

14、控制安全性方 面存在严重隐患。面存在严重隐患。医疗机器人的协同控制特医疗机器人的协同控制特性性护理机器人需要实现病护理机器人需要实现病 人与机器人交互方面的人与机器人交互方面的 协同协同远程诊疗机器人必须实远程诊疗机器人必须实 现感知能力与感知环境现感知能力与感知环境 的协同，即实现的协同，即实现Telepresence，远端感远端感知的透明知的透明Transparency达到身临其境达到身临其境。医疗机器人发展前沿进医疗机器人发展前沿进展展中国医疗机器人产业发展主流方中国医疗机器人产业发展主流方向向从中国应用市场与技术战略投资方面来看，主要关注从中国应用市场与技术战略投资方面来看，主要关注

15、以下两大类：以下两大类：医疗手术机器人系统骨科手术机器人，脑科辅助手术机器人，微创手术机器人,无创手术机器人 康复理疗机器人系统 外骨骼康复机器人Nurse delivers meds to patientCentral medications warehousePharmacy Tech gathers meds and stocks floor based dispensers Pharmacy takes in orders Auto dispenser checks patient profile Dispenses meds Tech checks bar codes Auto di

16、spenser updates stock level trackFloor based Medication Room/Dispensers Stores just the needed meds for patients on that floorCurrent SystemsCentral medications warehouse Automated robotic dispenser Creates custom patient unidose blister packsRoNA Meds gathers medsPharmacy takes in ordersAuto dispen

17、ser checks patient profileRoNA Meds gathers meds and load itselfRoNA checks bar codesAuto dispenser updates stock level trackRoNA MedsRoNA Meds goes back to central pharmacy during off time for reloadingRoNA Meds reminds nurse when patients scheduled medication is due and goes to patients room with

18、the nurseRoNA Meds navigates to correct floor and location based on waypoints and reading bar codeCharging station on each floor and central pharmacySoft Wearable Rehabilitation外骨骼与内骨外骨骼与内骨 骼机构融合骼机构融合Virtual Surgery Advantages-No more cadavers-No more animals-Customized training environmentsFlight S

19、imulatorsSurgical SimulatorsPractice on a realistic-but not real patient!Courtesy:KISMET groupComplex soft tissue response Complex tool-tissue interaction Real time graphics update 30Hz Real time haptics update 1kHz!Challenges of Haptic-based SimulatorGRAPHICSHAPTICSFast Real-Time Solution Procedure

20、 Collision Detection Collision ResponseOrgan&Tissue DatabaseGeometry (CT,MRI,VHP.)Material PropertiesVisual DisplayForce Feedback1 kHz30 Hzogies Corporation4040RoNA柔性关节（执行器）护理服务机器人柔性关节（执行器）护理服务机器人“RoNA”system-flagship project-brought Key Enabling Technologies.Agile Mobile PlatformSafe ArmTelepresenc

21、e Service RobotCompliant Actuation*RoNA 机器人护士助理机器人护士助理*底部的完整驱动器底部的完整驱动器,ZMP 稳定性控制稳定性控制可拖动病床的可拖动病床的 装置；自动导装置；自动导 航航性性可折叠式设计可折叠式设计套筒式可伸缩隔板套筒式可伸缩隔板 使全身获得支撑使全身获得支撑友好的人机交互友好的人机交互无摩擦的传送带无摩擦的传送带 式手臂可抬起式手臂可抬起 500磅病人磅病人安全性高的柔性驱动安全性高的柔性驱动 器器01020304简化版护理机器人产品（美国市场）简化版护理机器人产品（美国市场）0506 简单可操控简单可操控0708*康复机器人康复机器

22、人RehabotTele-rehabilitation and Remote Patient MonitoringVirtual Reality and Affective ComputingHuman Safe Compliant Actuator(SEA)RehaBot Rehabilitation RobotEnhanced Efficacy&Quality44可穿戴式外骨骼康复机器人结合：可穿戴式外骨骼康复机器人结合：安全的驱动机制 充分的运动控制 正确的关节结构 感官组件用于测量监视训练 有效地病人-机器人互动3个拥有柔性执行器个拥有柔性执行器SEA的关节的关节为康复运动训练提供准确度、安全性和足够的强度4个低惯量直接驱动关节个低惯量直接驱动关节康复机器人康复机器人 外骨骼上外骨骼上/下肢康复关节模下肢康复关节模块块*远程医疗机器人远程医疗机器人/医疗监护医疗监护/预诊服务机器人预诊服务机器人