第1章 医疗机器人的特点和发展现状 1
一、引言 1
（一）医疗机器人的特点 1
（二）机器人手术的潜在优势 4
二、研究现状 5
（一）头、颈外科手术 7
（二）整形外科手术 11
（三）微创手术或腹腔镜手术 15
（四）放射性介入治疗和经皮手术 20
（五）远程超声 25
（六）放射疗法和放射学 29
（七）其他应用 34
三、结论 37
参考文献 37
第2章 患者医疗服务中的医疗机器人技术 50
一、引言 50
（一）医疗机器人：一个全面发展的领域 50
（二）为何医疗机器人会有如此大的发展 51
（三）医疗服务：一个复杂的概念 52
二、医疗服务的发展周期 52
（一）参与角色 53
（二）医疗服务发展的模型 55
（三）发展图 57
三、案例研究：ViKY机器人内窥镜把持系统 57
（一）背景 58
（二）ViKY和医疗服务的进展 58
（三）医疗服务评价的相关性 60
四、结论 60
参考文献 60
第3章 术中传感器与配准 62
一、引言 62
（一）背景与问题概述 62
（二）配准、校准和追踪的概念 62
二、术中传感器 64
（一）成像传感器 64
（二）位置传感器 66
（三）表面传感器 67
（四）其他传感器 68
三、配准的原则 68
（一）符号和定义 68
（二）变换性质 69
（三）匹配信息 69
（四）相似性度量 70
（五）3D/3D刚性配准 73
（六）存在问题 76
四、案例分析 76
（一）案例1（介入放射手术） 76
（二）案例2 77
（三）案例3（Velocity系统） 79
（四）案例4 79
五、讨论和总结 84
参考文献 84
第4章 增强现实 88
一、引言 88
二、腹部结构和病理结构的3D建模 91
三、用于规划的三维可视化系统 93
四、交互AR 94
（一）概念 94
（二）应用实例 94
（三）系统的局限性 96
五、自动AR 96
（一）利用固定摄像机增强现实 96
（二）带移动摄像头的AR 102
六、考虑失真的影响 104
七、案例分析 105
（一）经皮穿刺 105
（二）支气管镜导航 108
（三）神经外科 108
八、结论 110
参考文献 111
第5章 医疗机器人设计 121
一、引言 121
二、从手术操作的特征描述到机器人设计 122
（一）手术操作分析 122
（二）运动学和动力学参数 125
（三）运动学参数的选择 128
三、设计方法学 137
（一）概念选择 137
（二）设计参数优化 140
四、工艺选择 144
（一）驱动器 144
（二）传感器 145
（三）材料 145
五、安全性设计 145
（一）简介 145
（二）安全性和可依赖性 146
（三）医疗机器人的降低风险措施 146
六、结论 148
参考文献 149
第6章 基于视觉的控制 155
一、引言 155
（一）成像设备的配置 155
（二）测量类型 156
（三）控制类型 158
二、传感器 160
（一）成像设备 161
（二）定位仪 168
三、测量信息的采集 168
（一）几何图元的采集 169
（二）解剖目标的跟踪 175
（三）图像处理方法的回顾 185
四、控制 187
（一）视觉伺服控制环的建模 187
（二）交互矩阵的在线识别 190
（三）控制律 192
五、展望 193
参考文献 194
第7章 交互模型及力觉控制 202
一、外科手术过程中交互模型的建立 202
（一）引言 202
（二）组织的小位移特性 203
（三）非黏弹性模型 205
（四）力学模型估计 206
（五）实例：经皮穿刺中穿刺针与组织的交互作用 206
二、力的控制 210
三、力的控制策略 211
（一）隐式力控制 211
（二）显式力控制 213
（三）稳定性 215
（四）控制架构的选择 216
（五）应用实例 216
四、结论 225
参考文献 226
第8章 远程操作 231
一、引言 231
（一）自主控制的局限性 231
（二）非自主介入模式 231
（三）远程操作在医疗领域的优点及应用 232
二、远程操作及其医疗实践 233
（一）背景 233
（二）动作和感知方式 235
（三）相关技术 236
三、有力反馈的远程操纵 238
（一）引言 238
（二）主从远程操作建模（MST） 239
（三）透明性和稳定性 240
（四）双边远程操作控制规划 243
（五）针对医疗问题现有技术的改进 248
（六）案例：介入放射治疗中穿刺针插入的远程操作 250
（七）前景 253
参考文献 254
第9章 协同操作 258
一、引言 258
（一）远程操作，虽远尤近 258
（二）定义 259
（三）医疗与手术机器人的特点及应用 261
（四）关于术语 262
（五）内容概要 262
二、协同操作的基本原理 263
（一）串联协同操作 263
（二）并联协同操作 266
三、串行协同操作：智能动态仪器 268
（一）微创手术的灵巧工具 269
（二）显微镜手术中的震颤过滤 273
（三）生理运动的补偿 276
四、并联协同操作 281
（一）透明模式下的协同操作 281
（二）被动、主动、静态、动态的引导 284
（三）提升触觉感知的质量 289
五、人在闭环 291
参考文献 294
第10章 面向体内的机器人 299
一、引言 299
二、微操作器／遥控装置 300
（一）目标 300
（二）概述 300
（三）挑战 310
三、机器人化结肠镜与自主胶囊 310
（一）目标 310
（二）总体描述 311
（三）挑战 315
四、主动导管 317
（一）目标 317
（二）概述 318
（三）挑战 325
五、手术机器人学的发展历程 327
（一）更加自主化的机器人 327
（二）微创手术机器人 329
（三）生物纳米机器人 331
六、补充信息 333
（一）前言 333
（二）形状记忆合金（SMA） 334
（三）电活性聚合物 334
参考文献 335
结论 344
符号及其含义 345
医学术语表 347
作者名单 351