Устройства медицинского назначения

Последнее десятилетие отмечено бурным развитием высоких медицинских технологий, формирующих облик медицины 21 века. Во многих развитых странах активно ведутся разработки различных мехатронных устройств медицинского назначения. Основные направления развития медицинской мехатроники – разработка систем для реабилитации инвалидов, выполнения сервисных операций, а также для клинического применения[14]. Основные направления развития медицинской

мехатроники представлены на рис. 5.36.

Медицинские роботы

Реабилита- ционные

Сервисные

Клинические

Протезы

Манипуляторы

Автоматическое рабочее место

Диагностика

Поводырь

Терапия

Хирургия

Эвакуация пострадавших

Уход за больными

Рис.5.36. Основные направления развития медицинской мехатроники.

Все большую роль играют микророботы, способные самостоятельно функционировать внутри человеческого организма. Медицинские робототехнические системы являются медицинскими по своей сути, объединяя в единое целое механические и электронные компоненты, функционирующие в составе интеллектуальной робототехнической системы. ниже рассмотрены основные достижения в области медицинской мехатроники и намечены перспективы ее дальнейшего развития.

Резкое сокращение габаритов, веса и стоимости управляющих устройств, миниатюризация сенсоров, удешевление микропроцессоров и ЭВМ, бурное развитие теоретической базы биокибернетики, нейрокибернетики, биомеханики и других научных направлений обусловили возможность широкого применения МС в медицине.

Важнейшими направлениями применения МС в медицине являются диагностика и создание искусственных органов человека. Проблема создания искусственных органов затрагивает широкий круг вопросов чисто медицинского и медико-технического характера.

     Достижения в области робототехники и систем искусственного интеллекта с каждым днем оказывают все большее влияние на жизнь людей в прямом смысле этого слова. Если проанализировать хронологию сообщений о новых разработках роботов, то можно заметить, что в период 2005-2012гг. наблюдался резкий скачок сообщений о проектах по созданию медицинских роботов в большинстве ведущих стран мира.

Сегодня медицинские роботы способны проводить сложные хирургические операции, помогают ставить точные диагнозы, ухаживают за больными и этим список их возможностей не ограничиваются.

Резкое сокращение габаритов, веса и стоимости управляющих устройств, миниатюризация сенсоров, удешевление микропроцессоров и ЭВМ, бурное развитие теоретической базы биокибернетики, нейрокибернетики, биомеханики и других научных направлений обусловили возможность широкого применения МС в медицине.

Важнейшими направлениями применения МС в медицине являются диагностика и создание искусственных органов человека. Проблема создания искусственных органов затрагивает широкий круг вопросов чисто медицинского и медико-технического характера.

Искусственное сердце. Сегодня не удается полностью удовлетворить потребность в донорских сердцах, поэтому актуальной остается задача по созданию автономных портативных имплантируемых устройств типа «искусственное сердце».

Искусственное сердце или искусственные желудочки применяются у больных в терминальной стадии сердечной недостаточности для спасения их жизни и поддержки кровообращения до того момента, когда найдется подходящий для пересадки сердца донорский орган. У некоторых больных с противопоказаниями для пересадки сердца (возраст, различные заболевания и т.д.) искусственное сердце может быть имплантировано как окончательный вариант.

На сегодняшний день в мире уже использованы различные типы искусственного сердца для нескольких тысяч больных. Более чем у тысячи больных была впоследствии успешно проведена пересадка сердца, более чем у 200 искусственное сердце было удалено после того, как собственное сердце восстановило свою работу. Свыше 100 больных с противопоказаниями для пересадки сердца получили искусственный желудочек в качестве окончательной терапии.

На рис.5.37 показана модель искусственного сердца, разработанная в Германии [14].

Рис.5.37. Искусственное сердце

Такие устройства состоят из источника питания и движителя-преобразователя, к которому часто добавляется промежуточный преобразователь движений, обеспечивающий передачу энергии на рабочий или исполнительный орган, и компьютерной системы управления, регулирующей работу устройства.

Принцип действия и общие детали конструкции главных топливных насосов шаттла оказались пригодными для дублирования в миниатюрном устройстве, подключаемом к сердцу больного человека.

Идея ультралёгкого кровяного насоса родилась в сотрудничестве всемирно известного кардиохирурга Майкла Дебейки (Michael DeBakey) и инженеров космического центра Джонсона (Johnson Space Center) [17.].

Сейчас насос MicroMed-DeBakty VAD выпускает по лицензии NASA компания MicroMed Technology.

Устройство уже было имплантировано более пяти сотням взрослых. А теперь американские власти одобрили его использование в детях возрастом от 5 до 16 лет. Насос весит примерно 100 граммов и при этом имеет размер на порядок меньший, чем другие аналоги, доступные на рынке искусственных органов. А это впервые позволило ставить искусственный желудочек (каковым по назначению является новый насос) маленьким детям, в грудной клетке которых просто не помещались прежние модели. Схема насоса представлена на рис.5.15.

Рис. 5.15. Схема насоса

Аппарат перемещает кровь непрерывным потоком, а не импульсами, как настоящее сердце или многочисленные варианты искусственных сердец (или отдельных желудочков), которые вживляли пациентам ранее. Здесь нет никаких клапанов и специальных насосных камер. Рабочее колесо — единственная движущаяся часть насоса. Оно имеет шесть лезвий-лопастей с восьмью герметично запечатанными магнитами в каждом из них. Электрическая обмотка в корпусе насоса приводит колесо во вращение. Его скорость – 7,5 тысяч – 12,5 тысяч оборотов в минуту. Все компоненты помещены в титановую трубу. Вход насоса присоединён к полой игле, которая помещена в левый желудочек сердца. Выход насоса подключен к аорте (рис.2). Производительность аппарата (она регулируется) весьма велика – более 10 литров в минуту. А этого достаточно и для взрослых. Новый насос позволяет людям, ожидающим пересадку сердца, вести более-менее нормальный образ жизни. Контроллер способен подавать сигнал тревоги при снижении уровня заряда батарей.

Рис.5.17. Схема размещения аппарата в теле человека

MicroMed-DeBakey VAD – выдающееся достижение в этой сфере. Сейчас инженеры изучают возможность продления гарантированного срока службы аппарата до 5 с лишним лет.

Во Владимирском государственном университете разработан электромеханический модуль привода искусственного сердца, выполненный на базе вентильного двигателя с датчиком положения ротора на элементах Холла. В полый ротор двигателя встроен планетарный роликовинтовой механизм для преобразования вращательного движения в циклические перемещения мембран искусственных желудочков. Возвратно-поступательное движение мембран создает давление, необходимое для перекачивания крови [18].

В России разработана первая имплантируемая система обхода левого желудочка сердца, которая в 2002 г., прошла успешную апробацию в медико-биологическом эксперименте на трехмесячном теленке [19].

 Имплантируемый электромеханический модуль этой системы выполнен на базе реверсивного вентильного двигателя и состоит из статора, размещенного в корпусе, полого ротора и толкателя (рис.5.18).

 

 

Рис.5.18. Схема электромеханического блока

имплантируемого искусственного сердца.

В целях преобразования вращательного движения ротора в возвратно-поступательное движение толкателя вал ротора выполнен полым с таким расчетом, чтобы ротор составлял единую интегральную конструкцию с преобразователем вида движения.

Преобразователь вала движения построен по принципу несоосной ролико-винтовой передачи. Соединение модуля с контейнером блока управления осуществляется через специальный электрический разъем.

Один из вариантов оригинальных конструкций исполнительных механизмов на базе мехатронных модулей применяемых для имплантируемых систем вспомогательного кровообращения (ИСВК) представлен на рис. 5.19. 

Рис. 5.19. Схема привода ИСВК на базе роликовинтового механизма: 1 – винт; 2 – ролики; 3 – гайка; 4 – втулка; 5 – сепаратор; 6 – стакан; 7,9 – крышка;  8 – корпус; 10,11 – корпусные детали; 12 – магнит; 13,14 – подшипники;    15 – электродвигатель; 16 – мембрана; 17 – шайба; 18 – винт.

    Вспомогательное кровообращение основано на лечении сердечной недостаточности с помощью механических устройств, временно подключаемых к сердечно-сосудистой системе и функционирующих параллельно с естественным сердцем до восстановления адекватной сократительной способности миокарда [20].

Роликовинтовые механизмы (РВМ) использованные в приводе ИСВК отличаются высокой нагрузочной способностью, долговечностью (свыше 1 млн. циклов), хорошим КПД (более 0,7), обеспечивают точное и плавное перемещение. На роликах и гайке – кольцевая нарезка, на винте – правая многозаходная резьба. Выходное звено (гайка) встроено в полый ротор, а выходное (винт) толкает мембрану искусственного желудочка. Привод работает следующим образом. При вращении ротора электродвигателя 15 стакан 6 с крышкой 7 вращается в подшипниках 13 и 14, передавая вращение на гайку 3 с кольцевой нарезкой, которая запрессована в стакане. Резьба гайки 3 взаимодействует с кольцевой нарезкой блока роликов 2, которые, совершая планетарное движение в сепараторе 5, заставляет винт 1 совершать поступательное движение в одну сторону. При вращении ротора двигателя 15 в противоположном направлении винт 1 двигается в другую сторону.

 Для контроля и наблюдения за двумя основными пока­зателями деятельности сердечно-сосудистой системы: электро­кардиограммой и артериальным давлением фирмой Nicolet Instrument Corporation разработана микропроцессорная мониторинговая система (рис.5.20).

Рис.5.20. Кардиологическая мониторинговая система

 

Измерение артериального давления производится на основе корреляции между этим показателем и переменным во времени смещением силового датчика, слегка прижатого к поверхности артерии в области запястья. Датчик по размеру меньше ширины артерии, он установлен в центре плоской пластинки, сжимающей арте­рию. При этом для устранения возможных ошибок рука больного дол­жна быть полностью расслаблена. Сигналы с ЭКГ-электродов и датчика давления усиливаются, фильтруются и подвергаются сжатию в предусилителе (РПу), после чего через аналого-цифровой преобразователь поступают в центральный процессор (ЦПР), где производится их обработка. Исходные значения давле­ния вводятся в систему с пульта оператора (ПО) и сигнал дав­ления автоматически калибруется. Данные измерений из центрального процессора поступают в запоминающее устройство прямого выбора (ЗУПВ1), а служебная ин­формация, введенная с пульта оператора, хранится в ЗУПВ2. Оба вида данных через логические блоки дисплея (ЛД1 и ЛД2) поступают на дисплей (Д). Кривая дав­ления и ЭКГ, а также частота сердцебиений и алфавит­но-цифровые данные непрерывно отображаются в реальном мас­штабе времени на дисплее. На остановленное по желанию оператора изображение можно на­кладывать три метки с одновременным выводом на экран их амплитудно-временных координат. Слишком резкие изменения систолического и диастолического давлений отмечаются на эк­ране как ошибка измерения с включением звукового сигнала. Данные о нарушениях в электропитании и синхронизации от дисплея через блок технической диагностики (БТД) поступают в центральный процессор. Через модуль ввода-вывода (МВБ) выводятся данные ЭКГ и кривой давления на аналоговое записывающее устройство (АЗУ), сигналы — на световые индикаторы (СИ), цифровые данные — на печатающее устройство (ПУ). Каждую минуту на печатающее устройство выводятся значения давления, частоты сердцебиения и времени. Печатаются также ошибочные значе­ния. Система имеет программируемое постоянное запоминающее устройство (ППЗУ) для хранения программ обработки, форм таблиц и набора сообщений.

Современные микропроцессорные кардиомониторы с высокой надежностью обнаруживают особо опасные аритмии сердца (фибрилляцию желудочков). Для этого производится непрерывный анализ электрокардиосигнала. По результатам записи электрокардиограммы производится анализ причин аритмии. МикроЭВМ автоматически осуществляет установку ряда параметров (усиление электрокардиосигнала, его центровку в динамическом диапазоне, исходные пороги разделения классов аритмий и т.п.), позволяющих начинать работу с устройством сразу после включения.

Томографы. Существует несколько разновидностей томографов, отличающихся видом энергии, используемой для получения изображения внутренних органов (здесь рассмотрен рентгеновский томограф).

Рентгеновские томографы различных фирм мало отличаются друг от друга и состоят из следующих основных частей: сканирующего устройства, рентгеновской системы, механизма поворота рентгеновской трубки, пульта управления и ЭВМ.

Сканирующее устройство представляет собой круговую рамку, в которую вмонтированы вращающаяся рентгеновская трубка и большое количество воспринимающих детекторов. При томографии неподвижного объекта рентгеновская трубка при помощи специального привода совершает круговое движение внутри рамки, при этом излучается веерный пучок рентгеновского излучения, части которого проходят через объект под разными углами. Прошедшее через мягкие ткани рентгеновское излучение регистрируется специальными детекторами, информация с которых поступает для обработки в ЭВМ. После сложной математической обработки принятой информации получают плоское изображение изучаемого среза органа. Оптическую плотность тканей на срезах измеряют по специальной шкале.

Изображение, полученное с помощью томографа, имеет целый ряд преимуществ перед обычным рентгеновским снимком, включая возможность выбора нужной проекции, а также высокую способность к передаче низкоконтрастных объектов, которая у томографии значительно выше, чем у других методов построения рентгеновского изображения.

Пульт управления является важным звеном компьютерного томографа. Он непосредственно связан со сканирующей системой и ЭВМ. В состав пульта входят два видеомонитора, один из которых текстовый, другой предназначен для изображения срезов. Программа сканирования определяет толщины срезов и их количество, скорость сканирования, шаг томографирования, количество снимков и др. Врач может получить информацию об оптической плотности интересующей его области среза, измерить расстояния между заданными точками изображения среза для оценки размера органа или патологического очага.

В последние годы бурно развивается разработка мехатронных систем, в том числе роботов, для реабилитации инвалидов, выполнения сервисных операций, а также для клинического применения.

Анализ основных направлений развития медицинской робототехники [14] показал, что медицинские реабилитационные роботы (рис. 5.21) предназна­чены главным образом для решения двух задач: восстановления функций утраченных конечностей и жизнеобеспечения инвалидов, прикованных к постели.

 Современные автоматические протезы конечностей оснащаются пленочными тензодатчиками для управления силой сжатия пальцев руки-протеза, электронно-оптичес­кими датчиками, монтируемыми в оправу очков для управления протезом руки с помощью глаз пациен­та и т.п.

Для решения задач жизнеобеспечения неподвижных больных созданы различные варианты роботизированных систем. Известны медицинские роботизированные системы, функционирование которых осуществля­ется через центральный контрольный пост или с помощью различных командных устройств, задание для которых формирует сам пациент в форме речевых команд [21].

 Система включает в себя антропоморфную руку-манипулятор, управ­ляющую аппаратуру, командное устройство, телевизионный монитор, а также автоматизирован­ную транспортную тележку. По желанию больного включаются телевизор, радио, осветительные приборы, изменяется положение больного на кровати, приводится в действие манипулятор.

На рис.5.21 показана бионическая рука, разработанная группой исследователей из отделения ортопедической хирургии Эдинбургского университета.

 

Рис.5.21. Бионическая рука

Бионическим протез называется, потому что с помощью техники восстанавливает биологическую функцию. В отличие от всех остальных электромеханических рук данный бионический протез позволяет руке вращаться в плече. Система управления анализирует нервные импульсы, исходящие от мышц плеча и вырабатывает управляющие команды для электроприводов руки-манипулятора. Миниатюрные двигатели, трансмиссии, микрочипы и датчики помещены в трубке из углеродного волокна. Протез питается от встроенного блока 12-вольтовых аккумуляторов. Снаружи в косметических целях руку покрывает реалистическая кожа из каучука и силикона. Конечность может быть сконфигурирована под конкретного пациента (например, если его конечность ампутирована не по плечо, а по локоть).

В Японии разработан робот, выполняющий функции, связанные с приложением больших усилий - транспортировка, укладывание больных и т.п. Робот представляет собой электрогидравлическую систему с автономным источником питания. Возможность управлять роботом предоставляется как самому пациенту, так и медперсоналу. Робот оснащен сенсорной системой и способен обслуживать больного, масса которого не превы­шает 80 кг [22]. Там же разработан образец мобильного робота-поводыря Meldog для слепых, представляю­щий собой небольшую транспортную четырехко­лесную полноприводную тележку, оснащенную системой технического зрения и ЭВМ. В память ЭВМ записывается маршрут движения тележки в пределах выбранного населенного пункта. Одни датчики робота по местоположению стен домов и выбранных опорных точек идентифи­цируют уличные перекрестки, другие обнаружива­ют дорожные препятствия. По сигналам датчиков бортовая ЭВМ робота вырабатывает стратегию преодоления встреченных препятствий. Слепой пациент с помощью органов управления, размещенных на мягком, прилегающем к телу поясе может дистанционно управлять движением робота-поводыря. Электрические импульсы, генерируемые этим поясом, являются командами для пациента при остановке робота или его повороте налево или направо [13].

Учёным из исследовательского центра NASA в Хьюстоне удалось создать искусственную сетчатку глаза. Эксперименты по созданию искусственной сетчатки велись и прежде. Учёные разрабатывали миниатюрные фотодетекторы на кремниевой основе, но практическая применимость подобных устройств была ограничена. Дело в том, что кремний токсичен, и имплантировать искусственную сетчатку на основе кремния человеку нельзя. Искусственная сетчатка, разработанная в NASA, лишена этого недостатка. Она состоит из примерно 100 тысяч керамических детекторов микроскопического размера - каждый из них более чем в 20 раз меньше толщины волоса. Новая технология, может помочь людям, потерявшим зрение, но не слепым от рождения. Основную роль здесь играет работоспособность нервных окончаний глазного нерва и их функциональная способность передавать зрительную информацию в мозг.

Одним из самых перспективных и бурно развивающихся направлений в медицинской диагностической робототехнике является автоматизация лабораторных исследований [22].

    Количество лабораторных процессов, которые можно автоматизировать на сегодняшний день очень велико и продолжает стремительно расти. Автоматизировать сегодня можно как относительно простые процедуры, такие как внесение образцов и реагентов в планшеты и пробирки, транспортировка планшетов от прибора к прибору, шейкирование, считывание результатов и т.п., так и более сложные действия: работа с заклеенными или закрытыми крышкой планшетами и пробирками, загрузка и выгрузка центрифуг с обеспечением баланса, наклейка этикеток на пробирки. Все эти процессы также можно комбинировать друг с другом, то есть полностью автоматизировать работу лаборатории.

Приведем примеры некоторых роботизированных систем, которые разработаны и с успехом используются в настоящее время в медицинских лабораториях.

Роботизированная рабочая станция GENESIS RMP фирмы Тесаn – полностью автоматизированная и гибкая система, включающая как процесс пробоподготовки, так и анализ результатов ИФА (имунно-ферментного анализа) в микропланшетном формате (рис.5.22).

 

 

Рис.5.22. Роботизированная рабочая станция GENESIS RMP

    Все стадии ИФА производятся без участия человека, внутреннее пространство аппарата изолировано от окружающей среды. Все обслуживание прибора сводится к загрузке расходных материалов и исследуемых образцов.

Возможность использования любых комбинаций многоразовых и одноразовых наконечников. Используемые многоразовые наконечники подвергаются интенсивному промыванию, полностью исключающему контамацию растворами.

    Наличие одноразового наконечника контролируется автоматически. Имеется система отслеживания уровня жидкости в контейнерах с рабочими и отработанными растворами.

Настройки автоматического манипулятора («роботизированной руки») легко программируются в зависимости от типа используемых планшетов и количества исследуемых образцов.

Все производимые процессы, включая ошибки, типы реагентов, стадии процесса детально протоколируются и сохраняются.

Одним из важнейших направлений развития медицинской мехатроники является разработка клинических роботов, предназначены для реше­ния трех главных задач: диагностики заболеваний, терапевтического и хирургического лечения.

В США запатентована роботизированная система для помощи хирургу при выполнении операций на костях [1]. Данная система применя­ется в ортопедических операциях, при которых важнейшим является точное позиционирование инструмента относительно коленного сустава. Система состоит из операцион­ного стола, робота, контроллера и супервизора. Пациент размещен так, чтобы его оперируемое бедро было неподвижно закреплено внутри устройства. Основанием робота служит операционный стол. Манипулятор с инструментом имеет 6 степеней подвижности и содержит позиционно-сенсорное устройство, указывающее положение манипулятора относительно координатной систе­мы. В составе робота используется серийный манипулятор PUMA 200, который благодаря своей относительной простоте легко адаптируется к хирургическим операциям. Контроллер отслежива­ет все движения робота и передает их на суперви­зор. Существует несколько способов управления движением робота. При изготовлении робот оснащается дополнительным устройством с учеб­ной программой. Устройство для обучения пред­ставляет собой прибор с полуавтоматическим управлением маневрированием робота. Маневри­рование состоит из серии отдельных шагов-перемещений. Контроллер записывает эти шаги так, чтобы робот мог затем повторить их сам. Для управления роботом могут применяться речевые команды. Программы операций базируются на геометрических соотношениях между параметра­ми протеза, костных разрезов и осей просверливаемых отверстий.

Один из наиболее известных и прославленных достижений последнего времени стал робот по названием «Da Vinci» (рис.5.23). Новинка позволяет хирургам выполнять самые сложные операции, не касаясь пациента и с минимальным повреждением его тканей. Робот, который может применяться в кардиологии, гинекологии, урологии и общей хирургии, был продемонстрирован медицинским центром и отделением хирургии университета штата Аризона [23].

 

Рис.5.23. Робот «Da Vinci»

Во время операции с «Da Vinci» хирург находится за пару метров от операционного стола за компьютером, на мониторе которого представлено трехмерное изображение оперируемого органа. Врач управляет тонкими хирургическими инструментами, проникающими в тело пациента сквозь небольшие отверстия. Такие инструменты с дистанционным управлением можно использовать для точных операций на небольших и труднодоступных участках тела.

Во Владимирском государственном университете разработан автономный ортопедический аппарат остеосинтеза [24] для автоматизации процесса лечения переломов длинных костей конечностей по методу проф. Г.А. Илизарова. Как и в аппарате с ручным приводом, в автоматизированном аппарате остеосинтеза используются кольца со спицами, которые установлены на соединяемых участках оперируемой кости. Однако кольца раздвигаются не с помощью передачи винт-гайка скольжения как в аппарате с ручным приводом, а с помощью трех специальных электромеханических приводов линейного перемещения объединенных вместе с кольцами в шарнирно-стержневую конструкцию. В этом аппарате (рис.5.24) исполнительный механизм ИМ №1 соединен с подвижным (верхним) кольцом двухстепенным шарниром, который применен для обеспечения поворота вокруг осей у и х. ИМ №2 и ИМ №3 прикрепляются к обоим кольцам с помощью трехстепенных сферических шарниров. При повороте плоскости верхнего кольца вокруг осей y и х изменяется длина стержней №2 и №3. Использование сферических шарниров позволяет обеспечить самоустановку осей ИМ №2 и ИМ №3. Исполнительные механизмы включают в себя роликовинтовую передачу и планетарный редуктор.

Рис. 5.24. Общий вид автоматизированного аппарата остеосинтеза:

ИМ – исполнительные механизмы

В разработанном аппарате исполнительный механизм (ИМ) №1 с подвижным (верхним) кольцом соединен двухстепенным шарниром, который применен для обеспечения поворота вокруг осей у и х. ИМ №2 и ИМ №3 прикрепляются к обоим кольцам автоматизированного аппарата остеосинтеза с помощью трехстепенных сферических шарниров типа ШС. При повороте плоскости верхнего кольца вокруг осей у и х изменяется длина стержней ИМ №2 и ИМ №3. Использование сферических шарниров позволяет обеспечить самоустановку осей ИМ №2 и ИМ №3. Исполнительные механизмы включают в себя роликовинтовую передачу и планетарный редуктор.

 

Рис. 5.25. Структурная схема ШСК автоматизированного аппарата остеосинтеза как пространственного механизма: ШС-6 и ШС-15 – кинематические пары (сферические трехстепенные подшипники скольжения); 1…7 – звенья механизма; ИМ № 1,2,3 – исполнительные механизмы № 1,2,3

В ВлГУ также создана система автономных биомеханических тренажеров (БМТ) для разработки посттравматических контрактур суставов верхних и нижних конечностей [25]. Тренажеры обеспечивает пассивные движения в суставах при консервативных методах лечения крупных суставов (локтевого, голеностопного, коленного и тазобедренного). Каждый тренажер снабжен рычажным каркасом, переносной процессорной системой управления, позволяющей управлять скоростью и режимами движения тренажера в широком диапазоне скоростей при различных режимах движения, герметичным электромеханическим приводом, обеспечивающим плавные движения в суставах, и переносным источником питания. В приводе БМТ реализован алгоритм управления движением шарнирно-рычажной системы тренажера для разработки контрактур с уменьшением болевых ощущений. Действие алгоритма основано на учете момента сопротивления.

Разработанный на базе унифицированного мехатронного модуля комплекс автономных биомеханических тренажеров обеспечивает пассивные движения в обычном состоянии и в воде как на низких скоростях, при которых не происходит травмирование внутрисуставных сращений, так и на высоких скоростях, когда сустав "разрабатывается". Комплекс состоит из пяти тренажеров, предназначенных для всех крупных суставов.

Ученые из университета Карнеги Меллон (Carnegie Mellon University) совместно с военными медикам создали подобную змее автоматизированную руку[27]. Ее предназначение – обследование и первая помощь раненым на поле боя. Известно, что почти 86 процентов смертельных случаев происходят в течение первых 30 минут после получения ранения в бою и как правило из-за обширных кровотечений. Поэтому так важна первая и оперативная медицинская помощь, а такой робот может стать полноценной заменой живого санитара на поле боя.

Разработанный беспроводной робот в виде динамичной автоматизированной руки управляется с помощью джойстика. Рука имеет множество подвижных суставов и различных физиологичеких датчиков для диагностики раненого, включая датчик для углекислого газа и кислорода, чтобы проверить, дышит ли человек.

У каждого сустава есть две степени свободы, которые, позволяют роботу сгибать свое тело и принимать нужные положения (рис.16).

Рука помогает осмотреть раненого, передать врачу видеоизображение и медицинские параметры раненого. А врач сможет дистанционно поставить первичный диагноз раненному солдату – еще до его транспортировки с поля боя. Или же дать команду роботу провести нужные медицинские действия на теле больного. Например, робот может поставить кислородную маску без помощи санитара. Для быстрого выявления у солдат внутреннего кровотечения робот оснащен ультразвуковыми датчиками.

 

            а       б     в

Рис.5.26. Фазы обследования раненого роботом:

а- головы, б- шеи, в- желудка

Автоматизированная рука объединена с высокотехнологичными носилками, предназначенными для поддержки жизни и транспортировки (рис.5.27). По сути, эти носилки – портативное отделение интенсивной терапии, с вентилятором, дефибриллятором, кислородной маской, другими физиологическими устройствами. Эта система создана компанией Integrated Medical Systems, Inc, и сегодня широко используется США в военных действиях на Ближнем Востоке [27].

 

 

 

Рис.5.27. Робот медсестра