第1章 概述 1
1.1机器人的基本概念 1
1.2医疗机器人的分类及特点 2
1.3医疗外科机器人的概念及特点 3
1.4医疗外科机器人系统的历史变革 5
1.4.1机器人辅助手术技术 5
1.4.2遥外科手术技术 9
1.4.3外科导航手术技术 14
1.5医疗外科机器人系统的分类 19
1.5.1机器人辅助定位系统 19
1.5.2机器人辅助操作系统 21
1.6医疗外科机器人的发展趋势 25
参考文献 26
第2章 医疗外科机器人的系统结构 31
2.1医疗外科机器人系统的功能原理 31
2.1.1图像采集与处理单元 31
2.1.2定位信息获取单元 33
2.1.3配准与空间变换单元 35
2.1.4人机交互与显示单元 36
2.1.5机器人定位与手术操作单元 38
2.2医疗外科机器人的组成结构 38
2.2.1医疗外科机器人子系统 38
2.2.2机器人软硬件结构 40
2.2.3手术器械末端 42
2.3医疗外科机器人的关键技术模块 42
2.3.1机器人系统 42
2.3.2辅助诊断及规划导引 42
2.3.3配准与空间映射 43
2.3.4手术器械的位姿跟踪 43
2.3.5虚拟临场操作 44
2.3.6安全保证及人机交互 44
2.4医疗外科机器人的特殊性 45
参考文献 45
第3章 医疗外科机器人的机构分析 47
3.1医疗外科机器人的机构类型综合与优化 47
3.1.1医疗外科机器人的任务分析 47
3.1.2医疗外科机器人的机构类型综合 49
3.1.3医疗外科机器人的运动学分析 56
3.1.4医疗外科机器人的机构优化 64
3.2医疗外科机器人工作空间和灵活性分析 71
3.2.1基本概念 72
3.2.2 2自由度手腕的灵活性分析 73
3.2.3医疗外科机器人灵活工作空间确定 77
3.2.4医疗外科机器人灵活工作空间综合 79
3.2.5 CRAS-BH4机器人灵活空间综合 84
3.2.6混联机器人工作空间分析 85
3.2.7混联机器人灵活性研究 93
参考文献 95
第4章 医疗外科机器人的控制方法 96
4.1医疗外科机器人控制的设计要求 96
4.1.1控制系统的技术特点 96
4.1.2控制系统的设计要求 98
4.1.3控制系统的结构分析 98
4.2控制模型分析 100
4.2.1系统控制结构 100
4.2.2系统控制方式 103
4.2.3机器人单关节控制建模 103
参考文献 107
第5章 医疗外科机器人的图像引导技术 108
5.1二维医学影像处理与信息提取方法 108
5.1.1透视图像失真校正 108
5.1.2无失真全景透视图像的拼接方法 119
5.2三维医学影像处理与信息提取技术 130
5.2.1三维解剖模型的几何形体重建 130
5.2.2术中三维透视成像 137
5.3手术空间映射方法 148
5.3.1成像系统的参数标定方法 148
5.3.2基于标记点的空间映射方法 161
5.3.3基于双层模板的定位方法 166
5.4手术规划与仿真 169
5.4.1基于欧拉角的进针路径规划与仿真 169
5.4.2基于健侧镜像的骨折复位规划与仿真 174
5.5医学影像融合与预测显示 176
5.5.1图像融合的概念 176
5.5.2仿真环境建模 177
5.5.3视频融合与预测显示 177
5.5.4分布式仿真 181
参考文献 183
第6章 机器人遥外科技术 185
6.1机器人遥外科的应用需求 185
6.2机器人遥外科系统体系结构 186
6.2.1遥外科系统体系结构现状分析 186
6.2.2外科机器人系统的工作过程 188
6.3基于Agent的分层控制遥外科系统体系结构 189
6.3.1 Agent子系统 191
6.3.2网络通信子系统 193
6.4系统控制模式 195
参考文献 195
第7章 医疗外科机器人的人机交互技术 197
7.1医疗外科机器人中的人机交互问题 197
7.1.1医疗外科机器人人机交互的必要性 197
7.1.2人机交互的概念 198
7.1.3人机交互的理论和方法基础 200
7.1.4医疗外科机器人领域人机交互的研究内容 201
7.2医疗外科机器人的人机交互特点 204
7.2.1医疗外科机器人的人机界面 204
7.2.2医疗外科机器人的人因学方法 204
7.3医疗外科机器人中的层次任务分析方法 206
7.3.1层次任务分析方法 207
7.3.2作业流程分析及重设计 207
7.3.3分析与评价 211
7.4医疗外科机器人中的人为失误辨识方法 211
7.4.1基于任务分析的失误辨识方法 212
7.4.2骨科机器人系统的人为失误辨识 212
7.4.3分析与评价 216
参考文献 216
第8章 医疗外科机器人的临床应用 218
8.1概述 218
8.2机器人辅助有框架立体定向手术 219
8.2.1手术系统结构 219
8.2.2模拟试验及临床应用 220
8.3机器人辅助无框架立体定向手术 222
8.3.1手术系统结构 222
8.3.2模拟试验及临床应用 222
8.4机器人辅助髓内钉远端锁定手术 224
8.4.1手术系统结构 224
8.4.2操作规范 224
8.4.3模拟试验及临床应用 225
8.5分析与评价 226
参考文献 226
第9章 未来的技术和产业化发展思考 228
9.1产业前景 228
9.2产业现状 229
9.3现存问题分析 230
9.3.1临床应用方面 230
9.3.2关键技术方面 231
9.4研究热点和发展趋势 232
9.5建议与展望 233