国际微创手术机器人的现状和发展趋势

1引言外科手术机器人是集成医学、机器人学、材料学、机械工程以及计算机和信息技术等诸多学科的复杂机器人系统。该先进技术的应用,给传统手术技术带来重大的变革和影响。自1985年Kwoh等[1]采用PUMA500工业机器人作为辅助定位装置完成首例脑部手术     

面向脑外科微创手术的医疗机器人系统

机器人为微创外科手术的实施提供了有利的技术支持。本文针对传统脑外科手术的不足，开发研制了一套机器人辅助脑外科微创手术系统，主要由5自由度机器人、手术规划和导航软件及基于标志点的标定模块组成，其中机器人系统不仅可用于系统标定和导航，而且可作为手术的支撑平台。该系统已应用到临床中，成功完成了大量的微创脑外科手术。     

用机器人修复心脏

1998年5月是医学史上一个值得纪念的日子,医生成功地用机器人完成了一例心脏瓣膜修复手术,其中包括对病人心脏瓣膜的修整和再造。这个手术之所以不寻常,并不是因为手术本身,而是因为这个手术的特殊做法。在整个复杂的手术过程中,医生根本没有接触病人的身体,实际上医生根本没有上手术台。手术的每一个精细的步骤都是由医生控制着先进的外科手术系统完成的。手术过程中,一个有经验的心脏外科专家在距手术台几米远的控制台上遥控着工具。手术工具通过一个小孔插入人体并通过另一个也插入病人体内的三维视觉成像系统观察手术的过程。医生通过机器人巧妙精确地完成如此复杂的手术,这在以前是不可能的。     

治疗性内镜机器人的历史与发展

内镜技术自诞生以来一直被广泛用于临床的检查治疗,随着内窥镜技术的不断更新以及近40年机器人技术的快速发展,这两种技术的结合开启了划时代的外科新纪元——现代微创外科手术.本综述对现有治疗性内镜机器人按照手术模式划分进行讨论,分析三种内镜手术机器人的操作方法,独特优点以及技术难点,并对内镜机器人的未来进行展望.     

脊柱微创手术机器人研究现状

外科手术机器人是当前机器人研究领域的热点，机器人操作的精确性、稳定性已经得到医疗界及患者的认可。本文以脊柱微创手术为背景，对目前脊柱（骨科）手术机器人的研究现状及未来发展趋势进行分析和论述。     

一种基于投影面的手术器械碰撞预警算法

针对手术机器人的安全性,对手术器械的碰撞预警技术进行了研究．介绍了双臂手术机器人模型,基于Denavit-Hartenberg方法（D-H方法）建立了该模型的运动学坐标系．建立了机器人手术器械组件的圆柱体包装盒,根据两个圆柱体包装盒的轴线段所在直线必定存在公垂线的原理,提出了基于投影面的机器人手术器械碰撞预警算法．仿真结果表明,该算法可以对手术器械的碰撞进行有效预警,为微创外科手术仿真和利用外科手术机器人进行真正的手术奠定了基础．     

达芬奇手术机器人系统技术分析

1引言 自上世纪90年代起,机器人辅助微创外科手术逐渐成为一个锓著的发展趋势。以AESOP、ZUES和da Virlci（达芬奇）系统为代表的外科手术机器人系统在临床上的成功应用引起了国内外医学界、科技界极大的兴趣。当前,以达芬奇为代表的微创手术机器人逐渐成为国际机器人领域的前沿和研究热点。     

世界首台外科手术机器人在加问世“神经臂”可望为显微手术带来突破

加拿大卡尔加利大学不久前宣布，由该校研究人员和专门进行航天飞机机械手生产的MDA公司共同合作，研制出名为“神经臂”的外科手术机器人系统。有关专家认为，该系统将为外科手术带来变革，从而使显微手术产生革命性的突破。     

基于三坐标测量机的机器人位姿精度检测方法

针对医疗场合导航引导下的手术机器人定位精度检测问题,提出了基于三坐标测量机的机器人位姿距离精度测量方法。该方法通过放置在一个平面上的三个标准球来实现三坐标测量机对姿态精度的测量,并参照机器人辅助外科手术系统的定位原理构建基于三坐标测量机的机器人位姿检测平台。在此基础上,依据国家标准规定的机器人性能检测方法和过程,完成机器人位姿距离精度的测量。通过该方法对研发的骨科手术定位机器人进行测量的结果表明,所设计机器人位置距离准确度和重复性分别在[10-1]mm和[10-2]mm级别,姿态距离准确度和重复性分别在[10-1]度和[10-2]度级别。最后将该机器人应用于前交叉韧带重建手术实验,结果表明通过这种方法检测的机器人能够满足手术场合要求。     

机器人首次进入人类心脏 精确实施手术

英国一家医院首次采用一个革命性创新机器人进行心脏手术。在心脏手术时，此机器人能进入心脏，让医生能够随时通过显示屏清楚地看到患者心脏内部的情况，从而下令让机器人精确完成手术。     

机器人辅助内镜手术系统的设计与开发

机器人应用于外科手术中，通过医生和机器人系统的合理分工和有机配合，可以提高 手术质量、改善医生工作条件、实现远程手术等．本文以纤维内镜手术为研究对象，针对术 中X射线对医护人员身体健康造成伤害的现状，设计了机器人辅助内镜手术系统，使医生可 以远程控制手术室的操作器完成内镜和手术器械的操作，实现诊断和治疗的目的．文章详细 介绍了系统的研制背景、总体设计、内镜操作器子系统原型样机设计及实验，并结合系统开 发对医疗外科机器人的人机交互接口、安全性及临床应用等问题进行了讨论．     

未来20年欧洲医疗机器人研究路线

1、现状 当前医疗机器人系统一种可能的分类情况如图1,该系统还可以用来确定未来几年外科手术机器人的发展趋势。     

颅颌面外科手术机器人空间配准及实验

针对颅颌面区域结构复杂、手术风险大、精度要求高的特点,研发了一套颅颌面外科手术机器人系统．为实现机器人系统高效、精确的空间配准,提出并建立了一套基于光学定位的颅颌面外科手术机器人空间配准方法,实现了机器人各子系统之间的坐标系转换．通过基于四元数的最近点迭代配准算法实现了点集之间的矩阵转换．在综合医学影像、机器人与各子系统空间配准的基础上,分别开展了配准精度和定位精度的验证实验,并完成了三叉神经射频热凝术的模型和尸体穿刺定位实验．配准精度验证实验的配准误差平均值均小于0.75mm,定位精度验证实验的误差平均值为0.56mm,模型实验的穿刺成功率为100%,尸体实验的穿刺成功率为95%．综合实验结果表明该空间配准方法的配准精度较高,具有一定的可行性,可以满足颅颌面外科手术机器人系统的需要．     

基于“人-机-环”信息流的机器人手术系统研究与展望

机器人手术系统凭借微创、精细、灵活、无震颤等优势,在多个外科领域不断得到普及应用.然而,现有的机器人手术系统尚未充分发挥人和机器各自的优势,在智能化交互方面的表现有待提高.因此,文中首先从系统科学的角度分析机器人手术系统中交互关系的发展,并从多方面提出当前人机交互的不足.然后,构建面向机器人手术系统的“人-机-环”信息流框架,以机器人辅助乳内动脉获取手术场景为例,梳理“人-机-环”各部分之间的复杂交互.最后,基于“人-机结合”理论,结合构建的“人-机-环”信息流框架,提出以“人机融合智能共进”为目标的新一代机器人手术系统的设计思路,为实现更安全高效的机器人微创外科手术目标提供借鉴.     

连续体机构在单腔镜微创手术机器人系统中的应用

本文关注以腔镜技术实施微创手术的机器人系统,详细介绍上海变通大学密西根学院引进的科研团队在美国已经研制的和正在中国研制的微创手术机器人系统,重点突出这些微创手术机器人系统主要应用连续体机构的特点,并简要评析欧美等国将连续体机构用于微创手术机器人系统的研究现状以及此项技术的应用前景展望。     

医疗机器人专刊——国际微创手术机器人的现状和发展趋势

在近年医疗器械产品市场上；微创手术机器入异军突起，正当国内机器人专家学者们纷纷杂杂地探讨服务机器人该如何应用、推广、突破的时候，来自美国的达芬奇已经悄然打开了医疗微创手术的一片天地，产品覆盖了全球众多医院。     

医疗机器人专刊

编者按在近年医疗器械产品市场上,微创手术机器人异军突起,正当国内机器人专家学者们纷纷杂杂地探讨服务机器人该如何应用、推广、突破的时候,来自美国的达芬奇已经悄然打开了医疗微创手术的一片天地,产品覆盖了全球众多医院。     

脊柱手术机器人

针对脊柱手术中的椎弓根钉内固定术,为克服医生操作手术时定位精度难以保证、长时间手术易疲劳等问题,设计了一套脊柱手术机器人系统用于辅助实施椎弓根钉内固定术。机器人为5自由度,充分考虑手术机器人对安全性和工作空间有效覆盖的要求,进行了构型设计,并完成了相应的机器人运动学分析。控制系统是由图像导航下的主动控制和基于力传感器的被动拖拽控制两个模式进行控制。主动控制下,医生通过导航系统提供最优钉道的精确位置信息,机器人根据医生的规划路径自主到达手术点;被动力拖拽控制基于导纳控制原理对医生作用在机器人末端执行器的操作力进行映射,并以此形成跟随拖动动作的机器人运动控制指令。针对力拖拽控制的实验验证了机器人在被动拖拽控制模式下能够柔顺地跟踪医生的操作动作。     

首个零重力外科机器人手术在美运输机上进行

10月初，美国斯坦福研究院国际公司（SRIInternational）在一架飞越墨西哥海湾上空10万米的美国宇航局C-9运输机上首次进行了零重力外科机器人手术，外科医生远程控制机器人对仿真人体进行手术，同机的还有真正的外科大夫，二者同台竞技以比较手术效果。     

喉部外科手术机器人系统机构设计与运动学分析

研制开发了主从操作方式的喉部外科手术机器人系统,可以有效避免传统手术中医生操作的双手的干涉问题．在分析与综合支撑喉镜下喉部手术工作空间和动作要求的基础上,详细设计了从操作手的机械结构,并建立了机器人双臂的运动学方程,进行了系统运动可操作性分析．分析结果表明,直线移动关节不影响机构可操作性,系统具有较好的可操作性与可靠性,能够满足手术的要求．