【摘要】：【研究目的】本課題主要針對院前、戰(zhàn)地、地震、海上和空間等事故或災難現(xiàn)場中因為缺乏專業(yè)醫(yī)務人員導致的救治成功率低的現(xiàn)狀,研發(fā)出一款應用于院前災難現(xiàn)場的遙操作氣管插管機器人系統(tǒng),實現(xiàn)遠程操作的氣管插管工作,解決戰(zhàn)地搶救工作中專家缺乏、無法隨行的缺陷,從而提高院前氣管插管的成功率。通過設(shè)計并制作氣管插管機器人系統(tǒng),建立基于無線網(wǎng)絡(luò)的遙操作控制系統(tǒng),并進行動物實驗和模擬人實驗,以驗證遙操作氣管插管機器人系統(tǒng)的可行性與可靠性。【研究方法】一、氣管插管機器人的設(shè)計與制備傳統(tǒng)的氣管插管全套裝備并必須手動操作,嚴重影響其在戰(zhàn)創(chuàng)傷環(huán)境機器人裝置下的適用性。院前急救情況緊急,需針對院前環(huán)境的特殊性,設(shè)計出有效、易攜帶、操作簡單、成本低的設(shè)備。依據(jù)動物、人體氣道解剖學特點和工學設(shè)計理念,參照喉鏡工作方式及國外氣管插管機器人設(shè)計原理,設(shè)計并制作一款氣管插管機器人系統(tǒng)。二、動物實驗購買20頭巴馬小型豬,隨機分成機器人組(n=10)和喉鏡組(n=10)。機器人組使用氣管插管機器人系統(tǒng)進行氣管插管,喉鏡組使用豬專用喉鏡進行氣管插管。實驗征集缺少臨床氣管插管經(jīng)驗的本科生或研究生10名,一名擁有8年工作經(jīng)歷的麻醉科主治醫(yī)師,部分實驗室員工及輔助人員參與,進行兩種插管方式的比較。記錄插管時間、一次插管成功率、總體插管成功率、氣道并發(fā)癥、氧飽和度,及插管前后1分鐘收縮壓、心率值。三、模擬人氣管插管實驗將設(shè)計研制的人用氣管插管機器人系統(tǒng)應用于模擬人身上,比較該系統(tǒng)插管的可行性。記錄實驗中的插管時間、插管成功率。四、遙操作控制系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)通過設(shè)計、開發(fā)無線局域網(wǎng)并測試氣管插管機器人系統(tǒng)的功能,以檢測遠程操作的可行性�！窘Y(jié)果】一、設(shè)計開發(fā)出三款氣管插管機器人在課題執(zhí)行期間,共設(shè)計開發(fā)出三款氣管插管機器人系統(tǒng)。其中,第一代機器人為鋼絲繩驅(qū)動,主要驗證了機器人對導管末端的姿態(tài)控制能力,但其可靠性、易操作性不能滿足,且沒有壓舌板結(jié)構(gòu),不能完成氣管插管中所需的壓舌動作,不符合急救的基本要求,不適合大力推廣,故而轉(zhuǎn)向下一代的產(chǎn)品研發(fā)。第二代氣管插管機器人在第一代的基礎(chǔ)上增加了壓舌板,且機器人末段增加彈簧,改善了機器人的穩(wěn)定性與可靠性。但該設(shè)備理論上可行,在動物實驗中卻失敗,原因是:壓舌板結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)無法調(diào)節(jié),聲門暴露不能達到滿意程度,需要一個專門暴露聲門的結(jié)構(gòu)。故而進行第三代產(chǎn)品的研發(fā)。第三代氣管插管機器人增加了獨立的可調(diào)節(jié)尺寸的壓舌板,從而可以方便的暴露聲門,導管末段姿態(tài)控制結(jié)構(gòu)也由彈簧驅(qū)動改為雙推拉桿驅(qū)動,引入彈簧片減少了末端姿態(tài)控制所需的電機數(shù)量,更加符合氣道結(jié)構(gòu)。第一代、第二代機器人在實際應用中失敗,目前在動物實驗取得成功的為第三代機器人系統(tǒng)。二、動物實驗結(jié)果盡管統(tǒng)計學上沒有明顯差異,但在絕對數(shù)值上,機器人組一次氣管插管成功率、總成功率均高于喉鏡組(一次成功率80%vs 40%,總體成功率90%vs 60%)。在插管時間方面,總插管時間機器人組明顯高于喉鏡組(74.6±2.3s vs 53.2±3.1s,P?0.01),分解總插管時間顯示機器人組中學生需要的操作時間明顯短于喉鏡組中的插管時間(23.4±0.7s VS 53.2±3.1s,P?0.01)。機器人人有1例插管失敗,1例并發(fā)癥。喉鏡組有4例插管失敗,2例并發(fā)癥。兩組插管前后血流動力學均沒有明顯變化。三、模擬人氣管插管結(jié)果現(xiàn)階段的模擬人氣管插管需要在手動輔助下完成氣管插管,需要更改部分裝置才可能獨立完成插管。四、遙操作控制系統(tǒng)的設(shè)計開發(fā)成功設(shè)計開發(fā)出基于無線局域網(wǎng)的遠程控制系統(tǒng),測試結(jié)果顯示遠程氣管插管機器人系統(tǒng)可行�！窘Y(jié)論】一、我們研發(fā)設(shè)計并制作出3款氣管插管機器人及其必要附屬裝置,建立了基于局域網(wǎng)的遙操作控制系統(tǒng),完成了機器人可靠性改良工作,并完成了一系列動物實驗及模擬人實驗,驗證了遙操作氣管插管機器人系統(tǒng)的可行性與可靠性。二、動物實驗顯示,與直接喉鏡相比,氣管插管機器人系統(tǒng)可以提高學生(模擬的急救員)的一次插管成功率、總成功率的絕對數(shù)值,明顯縮短學生的操作時間,而不增加插管并發(fā)癥和血流動力學波動。模擬人實驗目前尚需要改進后才能完成獨立插管工作,后期尚需要在人體進行實驗以驗證其可行性。三、該氣管插管機器人系統(tǒng)有望廣泛應用于院前傷患的氣管插管,可提高院前氣管插管成功率,同時對現(xiàn)有的院前急救模式的轉(zhuǎn)變產(chǎn)生一定的影響。
【圖文】：

一、研究方法研制、設(shè)計出可行的氣管插管機器人系統(tǒng)是該課題的關(guān)鍵，其總體思路為模的基本原理，參考國外開普勒氣管插管機器人系統(tǒng)（KIS），結(jié)合人工力學基本，研發(fā)出一款新型機械設(shè)備取代喉鏡和操作者手臂，實現(xiàn)全自動氣管插管，進氣管插管。同時，開發(fā)、設(shè)計遠程控制系統(tǒng)進行遠程氣管插管。二、研究成果（一）傷員身體、頭顱固定方法研究及裝置設(shè)計準確有效地將傷員的身體以及頭顱進行固定，是進行成功搶救的基礎(chǔ)。由于上救護人員不足，必須依靠機械裝置進行穩(wěn)定可靠的傷員固定。本固定裝置是人與患者的頭部綁定，而非分別固定。機器人與開口器綁定，開口器保持患者開，并利用機器人自帶的綁帶與患者頭部綁定，這樣機器人與患者頭部之間便對運動，即使在動蕩的車廂里也能正常工作（見圖 1）。

管部位結(jié)構(gòu)的復雜性，，根據(jù)人體工學設(shè)計理念，設(shè)計多關(guān)節(jié)靈巧操作手組成的操機構(gòu)。在保證具有高穩(wěn)態(tài)精度的前提下，完成任意弧度軌跡的動作。戰(zhàn)創(chuàng)傷環(huán)境的復雜性及機器人使用的特殊性，要求對傳統(tǒng)氣管插管進行改良，使其具有便攜性、簡易性、可靠性。傳統(tǒng)的氣管插管全套裝備必須手動操作，嚴重影響其在戰(zhàn)創(chuàng)傷環(huán)境機器人裝置適用性，針對以上要求設(shè)計并制作了 3 款遙操作氣管插管機器人。分別為第一代插管機器人（圖 2.）、第二代氣管插管機器人（圖 3.）、第三代氣管插管機器人（圖 5）。
【學位授予單位】：中國人民解放軍海軍軍醫(yī)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TP242

【參考文獻】

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本文編號：2642779