浅谈机电一体化技术的发展及其在医疗仪器中的应用

倪磊，李素琳

（克拉玛依市中心医院 设备科，新疆克拉玛依 834000）

浅谈机电一体化技术的发展及其在医疗仪器中的应用

倪磊，李素琳

（克拉玛依市中心医院 设备科，新疆克拉玛依 834000）

本文对机电一体化技术进行综合概述，探讨其网络化、智能化、微型化和绿色化的发展方向以及对人才的要求。论述了机电一体化技术在医疗仪器中的应用及发展趋势。

机电一体化技术；医疗仪器；智能化；网络化

现代科学技术的不断发展，极大地推动了不同学科的交叉与渗透，导致了工程领域的技术革命与改造。在机械工程领域，由于微电子技术和计算机技术的迅速发展及其向机械工业的渗透所形成的机电一体化，使机械工业的技术结构、产品机构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化，使工业生产由“机械电气化”迈入了“机电一体化”为特征的发展阶段。现代化医疗仪器作为机电一体化应用技术的一个重要分支，为医学技术的快速发展提供了重要的技术基础。

1 机电一体化的概念与特征

机电一体化是指在机构的主功能、动力功能、信息处理功能和控制功能上引进电子技术，将机械装置与电子化设计及软件结合起来所构成的系统的总称，涵盖了“技术”和“产品”两个方面，是基于上述群体技术有机融合的一种综合技术，而不是机械技术、微电子技术以及其它新技术的简单组合、拼凑。机械工程技术由纯机械发展到机械电气化，仍属传统机械，其主要功能依然是代替和放大的体力[1]。但是机电一体化技术赋予系统自动检测、自动处理信息、自动显示记录、自动调节与控制、自动诊断与保护等功能，即机电一体化技术不仅是人的手与肢体的延伸，还是人的感官与头脑的延伸。机电一体化与机械电气化在功能上的本质区别是智能化。机电一体化系统主要由机械装置、执行装置、动力源、传感器、计算机等五个要素构成。

2 机电一体化的发展概况

20世纪60年代以来，人们自觉不自觉地利用电子技术的初步成果来完善机械产品的性能，刺激了机械产品与电子技术的结合。20世纪70年代，计算机技术、控制技术的发展，为机电一体化技术的发展奠定了技术基础。20世纪80年代末期，机电一体化技术在世界范围内得到比较广泛的承认。20世纪90年代后期，开始了机电一体化技术向智能化方向迈进的新阶段。一方面，除了光学、通信技术等，微细加工技术也在机电一体化中崭露头脚，出现了光机电一体化和微机电一体化等新分支；另一方面建模、分析和集成方法的应用，使机电一体化技术达到前所未有的高度。

我国是从20世纪80年代初才开始机电一体化的研究和应用，虽然取得了一定成果，但与欧美、日本等先进国家相比仍有很大差距。

3 机电一体化的主要发展方向[2-4]

⑴ 智能化“智能化”是对机器行为的描述，是在控制理论的基础上，吸收人工智能、运筹学、计算机科学、模糊数学、心理学、生理学和混沌动力学等新思想、新方法，模拟人类智能，使它具有判断推理、逻辑思维、自主决策等能力，以求得到更高的控制目标。

⑵ 模块化 由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多，研制和开发具有标准机械接口、电气接口、动力接口、环境接口的机电一体化产品单元是一项十分复杂但又是非常重要的事。

⑶ 网络化 由于网络的普及，基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾，而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品。

⑷ 微型化 微型化指的是机电一体化向微型机器和微观领域发展的趋势，国际上称其为微电子机械系统(MEMS)。微机电一体化产品体积小、耗能少、运动灵活，在生物医疗、军事、信息等方面具有不可比拟的优势。

⑸ 绿色化 绿色化主要是指在其设计、制造、使用和销毁的生命过程中，符合特定的环境保护和人类健康的要求，对生态环境无害或危害极少，资源利用率极高。

⑹ 系统化 系统化的表现特征之一就是系统体系结构进一步采用开放式和模式化的总线结构。系统可以灵活组态，进行任意剪裁和组合，同时寻求实现多子系统协调控制和综合管理。表现之二是通信功能的大大加强，一般除RS232外，还有RS485、DCS。

4 机电一体化技术在医疗仪器中的应用

4.1 机电一体化技术与诊断仪器[6,7]

随着医学技术的进步，单纯靠传统的以望、闻、问、切为主的经验诊断方法已经不能适应现代医学的要求。目前，医疗诊断仪器主要包括X光机、计算机断层扫描设备、血管造影设备、心电图机、脑电图机、肌电图机、超声诊断设备、核磁共振、正电子计算机断层扫描设备等。

血管造影设备是继CT以后在国际上出现的又一类新的成像设备。它在注入的造影剂尚未到达病灶之前的某一瞬间将有关的图像信息数字化并输入到图像存储器中，之后又将造影剂到达病灶后的数字图像数据写入存储器，最后将两组图像相对位置的像素数据做减法运算，并将其结果以模拟信息显示在荧光屏上，从而获得血管分布图。

磁共振成像是利用射频电磁波对置于磁场中的含有自旋不为零的原子核的物质进行激发，发生核磁共振，用感应线圈采集共振信号，按一定数学方法建立的数字图像。磁共振有多个成像参数，能提供丰富的诊断信息，无辐射危险，安全可靠，已成为重要的诊断仪器之一。

4.2 机电一体化技术与临床检验仪器[8,9]

随着生物学的发展，人们对疾病的认识已经超越了细胞病理阶段，进入分子水平，到20世纪80年代末，已飞跃到基因的新领域。由于某些新兴学科的相互渗透，形成了现代医学必不可少的临床血液学、临床化学、临床免疫学和临床细菌学系统。与之相应的血细胞分析仪、生化分析仪、血气分析仪、电解质分析仪、免疫类仪器等临床检验仪器应运而生。

20世纪50年代初，库尔特发明了粒子计数技术的专利，并制造了世界上第一台血细胞分析仪。血细胞分析仪是指对一定体积内血细胞数量及异质性进行分析的仪器，它涉及生物化学、机械、电子、光学、计算机和信息等技术，是典型的机电一体化医疗设备。

4.3 机电一体化技术与监护仪器[10]

医院对病人的监护，以心电和脑电为主，在计算机技术的支持下，具有记忆、冻结、趋势显示和分析功能，能对病人的某些重要生理指标进行长时间连续监控，为医护人员提供病人的生命体征信息，协助医护人员进行诊断和治疗。

4.4 机电一体化技术与治疗器械

随着科学技术地进步，各种治疗器械不断涌现。国外推出的伽玛刀，不用开颅就可以割除病人的脑瘤，国内已有医院开展此种手术。由瑞士洛桑工学院科学家布克哈特和格劳泽尔开发的机器人“米内尔”，成功地把一根2mm粗的导管插入病人颅内，从长在脑里的囊肿中抽出液体，成为世界上首次用机器人做的脑部手术。近期在我国某医院也出现了第一例利用机器人来为患者做胆囊切除手术。这个机器人名叫宙斯，它不同于工业流水线上的机器人，不像人们想像的那样先设计好程序，再按照程序做。它需要贯彻医生的操作意图，对各种特殊情况进行处理。首先必须识别医生手的动作，然后转化成电子信号，再通过光缆将这些信号传到机械臂上，机械手进行识别后转化成夹、钳、止血等具体的动作。在声控方面，手术前主刀医生先在工程师的指导下，把简单的指令发音(如停止、开始、向前、向后等)用英语录入机器人的“大脑”(语音识别系统)。手术时只要按照预先录入的发音向机器人发出指令，机器人便会按照指令操作。这种技术结合了电学、数控、精密机械,在标准程序下，只需要一个医生进行操作，手术台上有一到两位护士进行协助就可以了。用机器人做手术使得医生从繁重的体力手术中解脱出来，医生通过屏幕操作观察以便有更多的精力来注重手术的细节，获得比以往手术更好的效果。

5 结束语

机电一体化技术经过这么多年的发展已经取得了丰硕的成果，其产品的品种不断增多，水平也不断提高。不但对世界经济的发展起到了巨大的作用，而且给人们的生活带来很大的方便和享受。随着科学特别是微电子技术、精密机械技术和材料科学的发展，机电一体化技术必将获得新的突破，引起更大的生产变革和社会变革，会朝着网络化、智能化、微型化和绿色化的方向发展，为社会的进步和人类生活水平的提高起到巨大的推动作用。

综上所述,机电一体化的出现不是孤立的，它是许多科学技术发展的结晶，是社会生产力发展到一定阶段的必然要求。当然，与机电一体化相关的技术还有很多，并且随着科学技术的发展，各种技术相互融合的趋势将越来越明显，机电一体化技术的广阔发展前景也将越来越光明。

[1] 李建勇.机电一体化技术[M].北京:科学出版社,2004.

[2] 李运华.机电控制[M].北京:北京航空航天大学出版社,2003.

[3] 高钟毓.机电控制工程[M].北京:清华大学出版社,2002.

[4] 郑堤.机电一体化设计基础[M].北京:北京机械工业出版社，2007.

[5] 张训文.机电一体化系统设计与应用[M].北京:北京理工大学出版社,2006.

[6] 王溶泉,彭明辰.医用大型X线机系统[M].北京:人民军医出版社,1995.

[7] 潘屏男,李树祥,等.现代大型医疗设备[M].北京:中国医药科技出版社,2002.

[8] 彭黎明,等.检验医学自动化及临床应用[M].北京:人民卫生出版社,2003.

[9] 陶义训,吴文俊.医学检验仪器导论[M].上海:科学技术出版社,2002.

[10] 夏黎明,等.多参数监护仪的基本性能及应用[J].医疗设备信息,2007(10):56-57.

Discussion on the Mechatronics Development and Its Application in Medical Devices

NI Lei,LI Su-lin
(Equipment Department,Central
Hospital of Karamay, Karamay Xinjiang 834000,China)

This paper introduces the mechatronics technique,also analyses its networking, intelligentization,micromation,greenization and demands on talents,and discusses the application and development trend of mechatronics technique in medical devices.

mechatronics technique;medical devices; intelligentization; networking

R319

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2010.02.020

1674-1633(2010)02-0050-02

2009-05-15

2009-09-16

作者邮箱：nlmao2007@sina.com