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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277

（三）案例3（Velocity系统）79

（四）案例479

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AR94

（一）概念94

（二）应用实例94

（三）系统的局限性96

五、自动AR96

（一）利用固定摄像机增强现实96

（二）带移动摄像头的AR102

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