本書以北京航空航天大學機器人研究所在研究和開發(fā)醫(yī)療外科機器人過程中所積累的知識和經(jīng)驗為主線，首先總結了外科機器人的發(fā)展變革和趨勢；其次從醫(yī)療外科機器人的機構分析與本體設計、控制策略與方法、典型影像處理與信息提取方法、手術規(guī)劃與仿真技術、遙外科技術、人機關系分析等角度進行了詳細的方法和技術論述，并從從應用角度分析了外科機器人的臨床操作規(guī)程和注意事項；最后，從產(chǎn)業(yè)化的角度，分析了外科機器人的市場前景及創(chuàng)新策略。并對醫(yī)療外科機器人的未來發(fā)展給出了一點展望和建議。
本書可作為醫(yī)療外科機器人研究與開發(fā)人員的參考書，對于從事機器人輔助手術的臨床醫(yī)生也具有較高的參考價值。
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本書可作為醫(yī)療外科機器人研究與開發(fā)人員的參考書，對于從事機器人輔助手術的臨床醫(yī)生也具有較高的參考價值。
目錄
《21世紀先進制造技術叢書》序
前言
第1章 概述 1
1.1 機器人的基本概念 1
1.2 醫(yī)療機器人的分類及特點 2
1.3 醫(yī)療外科機器人的概念及特點 3
1.4 醫(yī)療外科機器人系統(tǒng)的歷史變革 5
1.4.1 機器人輔助手術技術 5
1.4.2 遙外科手術技術 9
1.4.3 外科導航手術技術 14
1.5 醫(yī)療外科機器人系統(tǒng)的分類 19
1.5.1 機器人輔助定位系統(tǒng) 19
1.5.2 機器人輔助操作系統(tǒng) 21
1.6 醫(yī)療外科機器人的發(fā)展趨勢 25
參考文獻 26
第2章 醫(yī)療外科機器人的系統(tǒng)結構 31
2.1 醫(yī)療外科機器人系統(tǒng)的功能原理 31
2.1.1 圖像采集與處理單元 31
2.1.2 定位信息獲取單元 33
2.1.3 配準與空間變換單元 35
2.1.4 人機交互與顯示單元 36
2.1.5 機器人定位與手術操作單元 38
2.2 醫(yī)療外科機器人的組成結構 38
2.2.1 醫(yī)療外科機器人子系統(tǒng) 38
2.2.2 機器人軟硬件結構 40
2.2.3 手術器械末端 42
2.3 醫(yī)療外科機器人的關鍵技術模塊 42
2.3.1 機器人系統(tǒng) 42
2.3.2 輔助診斷及規(guī)劃導引 42
2.3.3 配準與空間映射 43
2.3.4 手術器械的位姿跟蹤 43
2.3.5 虛擬臨場操作 44
2.3.6 安全保證及人機交互 44
2.4 醫(yī)療外科機器人的特殊性 45
第3章 醫(yī)療外科機器人的機構分析 47
3.1 醫(yī)療外科機器人的機構類型綜合與優(yōu)化 47
3.1.1 醫(yī)療外科機器人的任務分析 47
3.1.2 醫(yī)療外科機器人的機構類型綜合 49
3.1.3 醫(yī)療外科機器人的運動學分析 56
3.1.4 醫(yī)療外科機器人的機構優(yōu)化 64
3.2 醫(yī)療外科機器人工作空間和靈活性分析 71
3.2.1 基本概念 72
3.2.22 自由度手腕的靈活性分析 73
3.2.3 醫(yī)療外科機器人靈活工作空間確定 77
3.2.4 醫(yī)療外科機器人靈活工作空間綜合 79
3.2.5 CRAS-BH4機器人靈活空間綜合 84
3.2.6 混聯(lián)機器人工作空間分析 85
3.2.7 混聯(lián)機器人靈活性研究 93
第4章 醫(yī)療外科機器人的控制方法 96
4.1 醫(yī)療外科機器人控制的設計要求 96
4.1.1 控制系統(tǒng)的技術特點 96
4.1.2 控制系統(tǒng)的設計要求 98
4.1.3 控制系統(tǒng)的結構分析 98
4.2 控制模型分析 100
4.2.1 系統(tǒng)控制結構 100
4.2.2 系統(tǒng)控制方式 103
4.2.3 機器人單關節(jié)控制建模 103
參考文獻 107
第5章 醫(yī)療外科機器人的圖像引導技術 108
5.1 二維醫(yī)學影像處理與信息提取方法 108
5.1.1 透視圖像失真校正 108
5.1.2 無失真全景透視圖像的拼接方法 119
5.2 三維醫(yī)學影像處理與信息提取技術 130
5.2.1 三維解剖模型的幾何形體重建 130
5.2.2 術中三維透視成像 137
5.3 手術空間映射方法 148
5.3.1 成像系統(tǒng)的參數(shù)標定方法 148
5.3.2 基于標記點的空間映射方法 161
5.3.3 基于雙層模板的定位方法 166
5.4 手術規(guī)劃與仿真 169
5.4.1 基于歐拉角的進針路徑規(guī)劃與仿真 169
5.4.2 基于健側鏡像的骨折復位規(guī)劃與仿真 174
5.5 醫(yī)學影像融合與預測顯示 176
5.5.1 圖像融合的概念 176
5.5.2 仿真環(huán)境建模 177
5.5.3 視頻融合與預測顯示 177
5.5.4 分布式仿真 181
參考文獻 183
第6章 機器人遙外科技術 185
6.1 機器人遙外科的應用需求 185
6.2 機器人遙外科系統(tǒng)體系結構 186
6.2.1 遙外科系統(tǒng)體系結構現(xiàn)狀分析 186
6.2.2 外科機器人系統(tǒng)的工作過程 188
6.3 基于Agent的分層控制遙外科系統(tǒng)體系結構 189
6.3.1 Agent子系統(tǒng) 191
6.3.2 網(wǎng)絡通信子系統(tǒng) 193
6.4 系統(tǒng)控制模式 195
參考文獻 195
第7章 醫(yī)療外科機器人的人機交互技術 197
7.1 醫(yī)療外科機器人中的人機交互問題 197
7.1.1 醫(yī)療外科機器人人機交互的必要性 197
7.1.2 人機交互的概念 198
7.1.3 人機交互的理論和方法基礎 200
7.1.4 醫(yī)療外科機器人領域人機交互的研究內(nèi)容 201
7.2 醫(yī)療外科機器人的人機交互特點 204
7.2.1 醫(yī)療外科機器人的人機界面 204
7.2.2 醫(yī)療外科機器人的人因學方法 204
7.3 醫(yī)療外科機器人中的層次任務分析方法 206
7.3.1 層次任務分析方法 207
7.3.2 作業(yè)流程分析及重設計 207
7.3.3 分析與評價 211
7.4 醫(yī)療外科機器人中的人為失誤辨識方法 211
7.4.1 基于任務分析的失誤辨識方法 212
7.4.2 骨科機器人系統(tǒng)的人為失誤辨識 212
7.4.3 分析與評價 216
參考文獻 216
第8章 醫(yī)療外科機器人的臨床應用 218
8.1 概述 218
8.2 機器人輔助有框架立體定向手術 219
8.2.1 手術系統(tǒng)結構 219
8.2.2 模擬試驗及臨床應用 220
8.3 機器人輔助無框架立體定向手術 222
8.3.1 手術系統(tǒng)結構 222
8.3.2 模擬試驗及臨床應用 222
8.4 機器人輔助髓內(nèi)釘遠端鎖定手術 223
8.4.1 手術系統(tǒng)結構 224
8.4.2 操作規(guī)范 224
8.4.3 模擬試驗及臨床應用 225
8.5 分析與評價 226
參考文獻 226
第9章 未來的技術和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展思考 228
9.1 產(chǎn)業(yè)前景 228
9.2 產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀 229
9.3 現(xiàn)存問題分析 230
9.3.1 臨床應用方面 230
9.3.2 關鍵技術方面 231
9.4 研究熱點和發(fā)展趨勢 232
9.5 建議與展望 233
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