【摘要】：【研究目的】本課題主要針對(duì)院前、戰(zhàn)地、地震、海上和空間等事故或?yàn)?zāi)難現(xiàn)場(chǎng)中因?yàn)槿狈I(yè)醫(yī)務(wù)人員導(dǎo)致的救治成功率低的現(xiàn)狀,研發(fā)出一款應(yīng)用于院前災(zāi)難現(xiàn)場(chǎng)的遙操作氣管插管機(jī)器人系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作的氣管插管工作,解決戰(zhàn)地?fù)尵裙ぷ髦袑＜胰狈�、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(jì)并制作氣管插管機(jī)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(jìn)行動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和模擬人實(shí)驗(yàn),以驗(yàn)證遙操作氣管插管機(jī)器人系統(tǒng)的可行性與可靠性�！狙芯糠椒ā恳弧夤懿骞軝C(jī)器人的設(shè)計(jì)與制備傳統(tǒng)的氣管插管全套裝備并必須手動(dòng)操作,嚴(yán)重影響其在戰(zhàn)創(chuàng)傷環(huán)境機(jī)器人裝置下的適用性。院前急救情況緊急,需針對(duì)院前環(huán)境的特殊性,設(shè)計(jì)出有效、易攜帶、操作簡單、成本低的設(shè)備。依據(jù)動(dòng)物、人體氣道解剖學(xué)特點(diǎn)和工學(xué)設(shè)計(jì)理念,參照喉鏡工作方式及國外氣管插管機(jī)器人設(shè)計(jì)原理,設(shè)計(jì)并制作一款氣管插管機(jī)器人系統(tǒng)。二、動(dòng)物實(shí)驗(yàn)購買20頭巴馬小型豬,隨機(jī)分成機(jī)器人組(n=10)和喉鏡組(n=10)。機(jī)器人組使用氣管插管機(jī)器人系統(tǒng)進(jìn)行氣管插管,喉鏡組使用豬專用喉鏡進(jìn)行氣管插管。實(shí)驗(yàn)征集缺少臨床氣管插管經(jīng)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)室員工及輔助人員參與,進(jìn)行兩種插管方式的比較。記錄插管時(shí)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(shí)驗(yàn)將設(shè)計(jì)研制的人用氣管插管機(jī)器人系統(tǒng)應(yīng)用于模擬人身上,比較該系統(tǒng)插管的可行性。記錄實(shí)驗(yàn)中的插管時(shí)間、插管成功率。四、遙操作控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)通過設(shè)計(jì)、開發(fā)無線局域網(wǎng)并測(cè)試氣管插管機(jī)器人系統(tǒng)的功能,以檢測(cè)遠(yuǎn)程操作的可行性�！窘Y(jié)果】一、設(shè)計(jì)開發(fā)出三款氣管插管機(jī)器人在課題執(zhí)行期間,共設(shè)計(jì)開發(fā)出三款氣管插管機(jī)器人系統(tǒng)。其中,第一代機(jī)器人為鋼絲繩驅(qū)動(dòng),主要驗(yàn)證了機(jī)器人對(duì)導(dǎo)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(dòng)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(jī)器人在第一代的基礎(chǔ)上增加了壓舌板,且機(jī)器人末段增加彈簧,改善了機(jī)器人的穩(wěn)定性與可靠性。但該設(shè)備理論上可行,在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)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(dá)到滿意程度,需要一個(gè)專門暴露聲門的結(jié)構(gòu)。故而進(jìn)行第三代產(chǎn)品的研發(fā)。第三代氣管插管機(jī)器人增加了獨(dú)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(dǎo)管末段姿態(tài)控制結(jié)構(gòu)也由彈簧驅(qū)動(dòng)改為雙推拉桿驅(qū)動(dòng),引入彈簧片減少了末端姿態(tài)控制所需的電機(jī)數(shù)量,更加符合氣道結(jié)構(gòu)。第一代、第二代機(jī)器人在實(shí)際應(yīng)用中失敗,目前在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)取得成功的為第三代機(jī)器人系統(tǒng)。二、動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果盡管統(tǒng)計(jì)學(xué)上沒有明顯差異,但在絕對(duì)數(shù)值上,機(jī)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(shí)間方面,總插管時(shí)間機(jī)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(shí)間顯示機(jī)器人組中學(xué)生需要的操作時(shí)間明顯短于喉鏡組中的插管時(shí)間(23.4±0.7s VS 53.2±3.1s,P?0.01)。機(jī)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(dòng)力學(xué)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(dòng)輔助下完成氣管插管,需要更改部分裝置才可能獨(dú)立完成插管。四、遙操作控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)成功設(shè)計(jì)開發(fā)出基于無線局域網(wǎng)的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng),測(cè)試結(jié)果顯示遠(yuǎn)程氣管插管機(jī)器人系統(tǒng)可行。【結(jié)論】一、我們研發(fā)設(shè)計(jì)并制作出3款氣管插管機(jī)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(jī)器人可靠性改良工作,并完成了一系列動(dòng)物實(shí)驗(yàn)及模擬人實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了遙操作氣管插管機(jī)器人系統(tǒng)的可行性與可靠性。二、動(dòng)物實(shí)驗(yàn)顯示,與直接喉鏡相比,氣管插管機(jī)器人系統(tǒng)可以提高學(xué)生(模擬的急救員)的一次插管成功率、總成功率的絕對(duì)數(shù)值,明顯縮短學(xué)生的操作時(shí)間,而不增加插管并發(fā)癥和血流動(dòng)力學(xué)波動(dòng)。模擬人實(shí)驗(yàn)?zāi)壳吧行枰倪M(jìn)后才能完成獨(dú)立插管工作,后期尚需要在人體進(jìn)行實(shí)驗(yàn)以驗(yàn)證其可行性。三、該氣管插管機(jī)器人系統(tǒng)有望廣泛應(yīng)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(shí)對(duì)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(jì)出可行的氣管插管機(jī)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(jī)器人系統(tǒng)（KIS），結(jié)合人工力學(xué)基本，研發(fā)出一款新型機(jī)械設(shè)備取代喉鏡和操作者手臂，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)氣管插管，進(jìn)氣管插管。同時(shí)，開發(fā)、設(shè)計(jì)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)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(jì)準(zhǔn)確有效地將傷員的身體以及頭顱進(jìn)行固定，是進(jìn)行成功搶救的基礎(chǔ)。由于上救護(hù)人員不足，必須依靠機(jī)械裝置進(jìn)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(jī)器人與開口器綁定，開口器保持患者開，并利用機(jī)器人自帶的綁帶與患者頭部綁定，這樣機(jī)器人與患者頭部之間便對(duì)運(yùn)動(dòng)，即使在動(dòng)蕩的車廂里也能正常工作（見圖 1）。

管部位結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，，根據(jù)人體工學(xué)設(shè)計(jì)理念，設(shè)計(jì)多關(guān)節(jié)靈巧操作手組成的操機(jī)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(dòng)作。戰(zhàn)創(chuàng)傷環(huán)境的復(fù)雜性及機(jī)器人使用的特殊性，要求對(duì)傳統(tǒng)氣管插管進(jìn)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(dòng)操作，嚴(yán)重影響其在戰(zhàn)創(chuàng)傷環(huán)境機(jī)器人裝置適用性，針對(duì)以上要求設(shè)計(jì)并制作了 3 款遙操作氣管插管機(jī)器人。分別為第一代插管機(jī)器人（圖 2.）、第二代氣管插管機(jī)器人（圖 3.）、第三代氣管插管機(jī)器人（圖 5）。
【學(xué)位授予單位】：中國人民解放軍海軍軍醫(yī)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TP242

【參考文獻(xiàn)】

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