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醫(yī)療機器人是目前國外機器人研究領(lǐng)域中最活躍、投資最多的方向之一，其發(fā)展前景非常看好。近年來，醫(yī)療機器人技術(shù)引起美、法、德、意、日等國家學術(shù)界的極大，研究工作蓬勃興起。二十世紀九十年代起，國際先進機器人計劃(IARP)已召開過多屆醫(yī)療外科機器人研討會DARPA己經(jīng)立項，開展基于遙控操作的外科研究，用于戰(zhàn)傷模擬手術(shù)、手術(shù)培訓、解剖教學。歐盟、法國國家科學研究中心也將機器人輔助外科手術(shù)及虛擬外科手術(shù)仿真系統(tǒng)作為重點研究發(fā)展的項目之一在發(fā)達國家已經(jīng)出現(xiàn)醫(yī)療外科手術(shù)機器人市場化產(chǎn)品，并在臨床上開展了大量的病例應用研究。
隨著科學技術(shù)的發(fā)展, 特別是計算機技術(shù)的發(fā)展, 醫(yī)用機器人在臨床中的作用越來越受到人們的重視。外科手術(shù)輔助導航系統(tǒng)作為外科醫(yī)生的第三只眼, 可以讓手術(shù)醫(yī)師看到手術(shù)部位的內(nèi)部結(jié)構(gòu), 避免了因醫(yī)生經(jīng)驗不足而造成的手術(shù)失誤, 使手術(shù)更安全、更可靠、更精確、更科學, 具有極其廣闊的應用前景。
現(xiàn)在, 它已經(jīng)成功地應用到神經(jīng)外科、整形外科、泌尿科、脊椎、耳鼻喉科、眼科、膝關(guān)節(jié)切除以及腹腔鏡等眾多領(lǐng)域中。由此, 依靠醫(yī)學成像、裝置、傳感器、計算機和機械手等的輔助, 從一個開放的、完全的人工手術(shù)到輔助醫(yī)生進行最小侵入性手術(shù)。另外, 醫(yī)生在選擇最佳的手術(shù)路徑、執(zhí)行復雜的外科手術(shù)和提高手術(shù)的成功率等方面也受益匪淺。
創(chuàng)外科手術(shù)(MIS)技術(shù)興起于～mm,長時間準確把握手術(shù)器械會使醫(yī)生感到非常 疲勞,另外,由于醫(yī)生手部的顫抖而傳遞到器械末端的誤差也會隨之增大。而利用機器人技術(shù)就可以很好的解決上述問題。因為機器人具有定位準確、大大減低工作強度等優(yōu)勢,而且,它還可以通過軟件編程實現(xiàn)消顫、提高手術(shù)精度。創(chuàng)外科手術(shù)機器人與傳統(tǒng)的工業(yè)機器人在結(jié)構(gòu)上相比,系統(tǒng)針對性更強,通常一種結(jié)構(gòu)只適用于一種手術(shù)操作。對于主從式機器人,在手術(shù)中,手術(shù)醫(yī)生的決策通過主手傳遞到從手,通過監(jiān)視從手的運動情況,調(diào)整或修正控制以達到預期的結(jié)果,實現(xiàn)創(chuàng)手術(shù)。由于從手系統(tǒng)直接作用于患者,它的性能高低直接影響整個系統(tǒng)的性能、手術(shù)的質(zhì)量、以及系統(tǒng)的安全性等等。
隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展, 型計算機無論從計算速度還是從內(nèi)存容量上都可以滿足手術(shù)導航系統(tǒng)的要。在我國, 開發(fā)基于型計算機的小型化、低成本、高精度的手術(shù)導航系統(tǒng)將是一個發(fā)展趨勢。
1、文獻綜述
與其它機器人相比，醫(yī)療機器人具有以下幾個特點：①其作業(yè)環(huán)境一般在醫(yī)院、街道、家庭及非特定的多種場合，具有移動性與導航、識別及規(guī)避能力，以及智能化的人機交互界面。在需要人工控制的情況下，還要具備遠程控制能力。②醫(yī)療機器人的作業(yè)對象是人、人體信息及相關(guān)醫(yī)療器械，需要綜合工程、醫(yī)學、生物、藥物及社會學等各個學科領(lǐng)域的知識開展研究課題。③醫(yī)療機器人的材料選擇和結(jié)構(gòu)設計必須以易消毒和滅菌為前提，安全可靠且無輻射。④以人作為作業(yè)對象的醫(yī)療機器人，其性能必須滿足對狀況變化的適應性、對作業(yè)的柔軟性，對危險的安全性以及對人體和精神的適應性等。⑤醫(yī)療機器人之間及醫(yī)療機器人和醫(yī)療器械之間具有或預留通用的對接接口，包括信息通訊接口、人機交互接口、臨床輔助器材接口以及傷病員轉(zhuǎn)運接口等。
從技術(shù)上講醫(yī)療機器人的發(fā)展是建立在以下幾種基本技術(shù)的基礎上：它們是機械設計與制造技術(shù)、傳感器應用技術(shù)、自動控制技術(shù)、驅(qū)動器技術(shù)、人機交互技術(shù)。根據(jù)用途醫(yī)療機器人大致可以分為救援機器人、手術(shù)機器人、轉(zhuǎn)運機器人和康復機器人。
手術(shù)機器人在具備了機器人的基本特點同時，還有其自身的選位準確、動作精細、避免病人感染等特點。在血管縫合手術(shù)時，人工很難進行細于1 mm以下的血管縫合，如果使用手術(shù)機器人， mm的精度；用手術(shù)機器人進行手術(shù)避免了醫(yī)生直接接觸患者的血液，大大減少了患者的感染危險。
商業(yè)化的手術(shù)機器人最早出現(xiàn)在年，由美國Computer Motion研制，實質(zhì)上是一種聲控腹腔鏡自動“扶鏡手”，命名為AESOP。手術(shù)機器人于年月首次成功實現(xiàn)了跨大西洋(美國紐約法國斯特拉斯堡)的機器人腹腔鏡膽囊切除術(shù)。目前，手術(shù)機器人不僅完成了普外科，還有腦神經(jīng)外科、心臟修復、膽囊摘除、人工關(guān)節(jié)置換、泌尿科和整形外科等方面的手術(shù)。
盡管如此，手術(shù)機器人還有許多方面需要不斷的完善和改進，通過增加“人造視野”系統(tǒng)，可在手術(shù)過程中監(jiān)視術(shù)野，輔助術(shù)者做出判斷，增加手術(shù)的安全性；用軟件來處理觸覺和視覺圖像的整合、分割和合成；提供穩(wěn)定的觸覺控制，識別不同的人體組織，進行關(guān)鍵解剖結(jié)構(gòu)的圖像識別和圖像分割；具有良好的觸覺反饋和位置覺。
型機電技術(shù)的不斷深入發(fā)展為小型機器人甚至納米機器人提供了技術(shù)支持,它可以直接進入人體器內(nèi)部進行工作,完成組織取樣、血管疏通、藥物定點放置、型手術(shù)和細胞操作等普通醫(yī)療技術(shù)和手段無法完成的工作。目前，國外正在研制和開發(fā)體內(nèi)自主行走式診斷治療、體內(nèi)細手術(shù)和體內(nèi)藥物直接投放型外科手術(shù)機器人。醫(yī)生用注射器將型機器人推入人體內(nèi)部,由它所攜帶的生物傳感器對人體組織進行檢測，當發(fā)現(xiàn)有病變組織時,型手術(shù)機器人對病變組織進行直接手術(shù)和藥物注射治療。哈爾濱工業(yè)大學機器人研究所成功研制出納米級精密定位系統(tǒng),在這個系統(tǒng)支持下的納米級高精密驅(qū)動機器人,能對細胞和染色體進行“顯手術(shù)”。納米級機器人可在人體觀世界行走,隨時清除人體中的一切有害物質(zhì),修復損壞的基因,激活細胞能量,使人不僅僅保持健康,而且延長壽命。
醫(yī)療機器人將機器人技術(shù)應用到醫(yī)療領(lǐng)域，極大的推動了現(xiàn)代醫(yī)療技術(shù)的發(fā)展，是現(xiàn)代醫(yī)療衛(wèi)生裝備的發(fā)展方向之一。隨著科學技術(shù)的不斷更新、社會的老齡化和現(xiàn)代戰(zhàn)爭的高技術(shù)化，以及醫(yī)療技術(shù)的發(fā)展，各療機器人及其輔助醫(yī)療技術(shù)將得到更深入而廣泛的研究和應用,促進醫(yī)療機器人技術(shù)的快速發(fā)展。
空間定位技術(shù)
在計算機輔助導航系統(tǒng)中, 空間定位是整個系統(tǒng)的關(guān)鍵, 直接關(guān)系到整個系統(tǒng)的精度和計算機輔助手術(shù)的成敗。其作用就是實時測出手術(shù)器械的空間位置和姿態(tài), 根據(jù)定位傳感器的不同, 可分為機械定位、超聲定位、電磁定位和光學定位法。
（1）機械定位
機械定位是手術(shù)導航系統(tǒng)最初的定位方法, 屬于無源定位。定位用機械手至少應有 mm。機械手定位的優(yōu)點是不會被阻塞, 不會被障礙遮擋, 同時可在特定位置夾住或放置手術(shù)器械。缺點是在手術(shù)中較為笨拙, 施加在機械手上的壓力可使數(shù)據(jù)發(fā)生變化, 同時存在固定裝置和制動器的位移誤差。機械定位常用于無臂系統(tǒng)的標定和檢查。
? (2) 超聲定位
通過測量超聲波的傳播時間來測量超聲波發(fā)射器與接收器間的距離。在手術(shù)器械上放置N (至少大于3) 個發(fā)射器, 即可計算出手術(shù)器械的位置和姿態(tài)。該系統(tǒng)的絕對精度一般為5mm。超聲波定位的主要問題在于溫度對超聲波的影響、空氣位移、空氣非均勻性以及發(fā)射器的大尺寸等。
? (3) 電磁定位
在電磁定位系統(tǒng)中, 每個電磁產(chǎn)生線圈定義一個空間方向, 3 個線圈確定三個空間方向, 然后再根據(jù)已知的相對位置關(guān)系就可以對目標的空間位置進行定位。電磁定位系統(tǒng)的精度為2mm。電磁定位的精度較高, 又屬于非接觸式定位。但系統(tǒng)磁場對工作空間中的任何金屬物體的引入都很敏感。
? (4) 光學定位
光學定位是目前手術(shù)導航系統(tǒng)中的主流定位方法。以CCD 攝像機作為傳感器,測量目標為安裝在手術(shù)器械上的幾個紅外發(fā)光二極管, 通過紅外發(fā)光二極管的空間位置, 計算出手術(shù)器械的位置和姿態(tài)。根據(jù)所用攝像機的不同, 光學定位可分為線陣CCD和面陣CCD兩種。面陣CCD 測量系統(tǒng)由兩個面陣CCD 攝像機組成, 采用標準鏡頭, 在圖像中的每個光點定義了空間的一個投影線, 采用空間兩個攝像機可計算其對應投影線的交點, 獲得點的三維坐標。線陣CCD 測量系統(tǒng)采用柱面鏡頭, 利用) , 其空間分辨率就很高, 典型的線陣CCD 導航系統(tǒng)精度在mm。光學定位系統(tǒng)的優(yōu)點是精度高, 處理靈活方便,但易受術(shù)中手的遮擋、周圍光線及金屬物體鏡面反射的影響。
虛擬現(xiàn)實技術(shù)
虛擬現(xiàn)實,簡稱R技術(shù)（英文名為irtual Reality）.這一名詞是由美國PL創(chuàng)建人拉尼爾在年代初提出的，我國著名科學家錢學森將它翻譯為“靈境技術(shù)”它是將模擬環(huán)境、視景系統(tǒng)和仿真系統(tǒng)合三為一，并利用頭盔顯示器、圖形眼鏡、數(shù)據(jù)服、立體聲耳機、數(shù)據(jù)手套及腳踏板等傳感裝置，把操作者與計算機生成的三維虛擬環(huán)境鏈接在一起。操作者通過傳感器與虛擬環(huán)境交互作用，可獲得視覺、聽覺、觸覺等多種感知，并按照自己的意愿去改變的虛擬環(huán)境被稱之虛擬現(xiàn)實。
研制“虛擬人”的目的，是為醫(yī)學或其他學科的研究提供更為精致的演示條件。比如，研究手術(shù)方案或試驗新型藥物，都可以讓“虛擬人”來充當試驗者。美國某研究所的研究人員，為了測試一種治療糖尿病新藥的療效，他們首先操控計算機讓“虛擬人”患上糖尿病。這個過程很簡單，只是用鼠標進行點擊，就“切除”了“虛擬人”的胰腺或其它器，并讓“虛擬人”的體重發(fā)生變化，幾秒鐘后一個健康的“虛擬人”就能變成一位糖尿病患者。然后，研究人員將試用新藥的數(shù)據(jù)輸入計算機，不斷觀察“虛擬病人”的反應，調(diào)整用藥劑量和用藥方法，最終得出結(jié)論。這種方法至少能為研究人員節(jié)省3年的時間。現(xiàn)在，除了用于開發(fā)糖尿病的新藥以外，研究人員還在嘗試用“虛擬人”對治療風濕性關(guān)節(jié)炎、哮喘病等其它新藥進行測試。
此外，在軍事醫(yī)學上，也可以讓“虛擬人”來試驗核武器、化學武器和生物武器對人體造成的各種疾患，以及治療方法。
用電腦制作“虛擬人”，最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)是采集各種人體數(shù)據(jù)。首先需要確定出一個理想的人體樣本；然后經(jīng)過尸體解剖、拍照、分析；再將數(shù)據(jù)輸入電腦進行合成，從而制成一個完整的立體人類生理結(jié)構(gòu)。
這項研究工作，由美國最先進行。他們于年提出了“可視虛擬人”的概念，并于年制成了世界第一具男性“虛擬人”。年又通過對一具女尸的解剖，在電腦中儲存了高達年時間建立具有東方人特征的數(shù)據(jù)庫。
我國對“虛擬人”的研究。在月日時分，我國首例女性虛擬人數(shù)據(jù)集在位于廣州市的解放軍第一軍醫(yī)大學構(gòu)建成功，這標志著繼美國、韓國后，中國成為世界上第三個擁有本國虛擬人數(shù)據(jù)庫的國家。
虛擬人是指通過數(shù)字技術(shù)模擬真實的人體器而合成的三維模型。
這種模型不僅具有人體外形以及肝臟、心臟、腎臟等各個器的外貌，而且具備各器的新陳代謝機能，能較為真實地顯示出人體的正常生理狀態(tài)和出現(xiàn)的各種變化。
現(xiàn)在也指代一些依靠技術(shù)平臺制造的虛擬人物，如翎、洛天依等。
我國重視醫(yī)學 機器人 研究 在我國，用來為骨折患者接骨的外科機器人醫(yī)生已經(jīng)研制成功。經(jīng)臨床實驗，其手術(shù)成功率不僅高達百分之百，且比傳統(tǒng)人工方法縮短近一半時間。 這項名為“矯形外科雙平面導航技術(shù)與機器人系統(tǒng)”是國家分鐘，傳統(tǒng)手術(shù)時間則為約至分鐘；機器人手術(shù)平均X光暴露時間為分鐘。 并非幻想的納米醫(yī)學機器人 去年年月年后，科學家將研制出比第一代“納米蟲”功能強大億倍的類似裝置，用來進一步加快人類壽命增長的速度。屆時，未來人類壽命有望達到數(shù)百年。 這并不是異想天開，而是科學家們對納米技術(shù)的發(fā)展進行認真評估之后作出的大膽猜想。在納米科技的世界里，所有的物體都只有細胞大小，科學需要以科幻小說的方式來描述了。納米（十億分之一米）科技，雖然剛剛興起，卻正以飛快的速度發(fā)展著。 納米技術(shù)造就了極機器人，而由于極醫(yī)學機器人技術(shù)在各大醫(yī)院——至少是發(fā)達國家的各大醫(yī)院中普及，因心肌梗塞這樣的疾病而死亡的可能性變得乎其。 可以預期，納米醫(yī)學的發(fā)展，將會導致人類認識世界、改造世界的一次大飛躍，使醫(yī)學領(lǐng)域乃至整個生命科學領(lǐng)域發(fā)生重大變革。
醫(yī)療機器人是目前國外機器人研究領(lǐng)域中最活躍、投資最多的方向之一，其發(fā)展前景非?？春?。近年來，醫(yī)療機器人技術(shù)引起美、法、德、意、日等國家學術(shù)界的極大，研究工作蓬勃興起。二十世紀九十年代起，國際先進機器人計劃(iarp)已召開過多屆醫(yī)療外科機器人研討會darpa己經(jīng)立項，開展基于遙控操作的外科研究，用于戰(zhàn)傷模擬手術(shù)、手術(shù)培訓、解剖教學。歐盟、法國國家科學研究中心也將機器人輔助外科手術(shù)及虛擬外科手術(shù)仿真系統(tǒng)作為重點研究發(fā)展的項目之一在發(fā)達國家已經(jīng)出現(xiàn)醫(yī)療外科手術(shù)機器人市場化產(chǎn)品，并在臨床上開展了大量的病例應用研究。
隨著科學技術(shù)的發(fā)展, 特別是計算機技術(shù)的發(fā)展, 醫(yī)用機器人在臨床中的作用越來越受到人們的重視。外科手術(shù)輔助導航系統(tǒng)作為外科醫(yī)生的第三只眼, 可以讓手術(shù)醫(yī)師看到手術(shù)部位的內(nèi)部結(jié)構(gòu), 避免了因醫(yī)生經(jīng)驗不足而造成的手術(shù)失誤, 使手術(shù)更安全、更可靠、更精確、更科學, 具有極其廣闊的應用前景。
現(xiàn)在, 它已經(jīng)成功地應用到神經(jīng)外科、整形外科、泌尿科、脊椎、耳鼻喉科、眼科、膝關(guān)節(jié)切除以及腹腔鏡等眾多領(lǐng)域中。由此, 依靠醫(yī)學成像、裝置、傳感器、計算機和機械手等的輔助, 從一個開放的、完全的人工手術(shù)到輔助醫(yī)生進行最小侵入性手術(shù)。另外, 醫(yī)生在選擇最佳的手術(shù)路徑、執(zhí)行復雜的外科手術(shù)和提高手術(shù)的成功率等方面也受益匪淺。
創(chuàng)外科手術(shù)(mis)技術(shù)興起于～mm,長時間準確把握手術(shù)器械會使醫(yī)生感到非常 疲勞,另外,由于醫(yī)生手部的顫抖而傳遞到器械末端的誤差也會隨之增大。而利用機器人技術(shù)就可以很好的解決上述問題。因為機器人具有定位準確、大大減低工作強度等優(yōu)勢,而且,它還可以通過軟件編程實現(xiàn)消顫、提高手術(shù)精度。創(chuàng)外科手術(shù)機器人與傳統(tǒng)的工業(yè)機器人在結(jié)構(gòu)上相比,系統(tǒng)針對性更強,通常一種結(jié)構(gòu)只適用于一種手術(shù)操作。對于主從式機器人,在手術(shù)中,手術(shù)醫(yī)生的決策通過主手傳遞到從手,通過監(jiān)視從手的運動情況,調(diào)整或修正控制以達到預期的結(jié)果,實現(xiàn)創(chuàng)手術(shù)。由于從手系統(tǒng)直接作用于患者,它的性能高低直接影響整個系統(tǒng)的性能、手術(shù)的質(zhì)量、以及系統(tǒng)的安全性等等。
隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展, 型計算機無論從計算速度還是從內(nèi)存容量上都可以滿足手術(shù)導航系統(tǒng)的要。在我國, 開發(fā)基于型計算機的小型化、低成本、高精度的手術(shù)導航系統(tǒng)將是一個發(fā)展趨勢。
1、文獻綜述
與其它機器人相比，醫(yī)療機器人具有以下幾個特點：①其作業(yè)環(huán)境一般在醫(yī)院、街道、家庭及非特定的多種場合，具有移動性與導航、識別及規(guī)避能力，以及智能化的人機交互界面。在需要人工控制的情況下，還要具備遠程控制能力。②醫(yī)療機器人的作業(yè)對象是人、人體信息及相關(guān)醫(yī)療器械，需要綜合工程、醫(yī)學、生物、藥物及社會學等各個學科領(lǐng)域的知識開展研究課題。③醫(yī)療機器人的材料選擇和結(jié)構(gòu)設計必須以易消毒和滅菌為前提，安全可靠且無輻射。④以人作為作業(yè)對象的醫(yī)療機器人，其性能必須滿足對狀況變化的適應性、對作業(yè)的柔軟性，對危險的安全性以及對人體和精神的適應性等。⑤醫(yī)療機器人之間及醫(yī)療機器人和醫(yī)療器械之間具有或預留通用的對接接口，包括信息通訊接口、人機交互接口、臨床輔助器材接口以及傷病員轉(zhuǎn)運接口等。
從技術(shù)上講醫(yī)療機器人的發(fā)展是建立在以下幾種基本技術(shù)的基礎上：它們是機械設計與制造技術(shù)、傳感器應用技術(shù)、自動控制技術(shù)、驅(qū)動器技術(shù)、人機交互技術(shù)。根據(jù)用途醫(yī)療機器人大致可以分為救援機器人、手術(shù)機器人、轉(zhuǎn)運機器人和康復機器人。
手術(shù)機器人在具備了機器人的基本特點同時，還有其自身的選位準確、動作精細、避免病人感染等特點。在血管縫合手術(shù)時，人工很難進行細于1 mm以下的血管縫合，如果使用手術(shù)機器人， mm的精度；用手術(shù)機器人進行手術(shù)避免了醫(yī)生直接接觸患者的血液，大大減少了患者的感染危險。
商業(yè)化的手術(shù)機器人最早出現(xiàn)在年，由美puter motion研制，實質(zhì)上是一種聲控腹腔鏡自動“扶鏡手”，命名為aep。手術(shù)機器人于年月首次成功實現(xiàn)了跨大西洋(美國紐約法國斯特拉斯堡)的機器人腹腔鏡膽囊切除術(shù)。目前，手術(shù)機器人不僅完成了普外科，還有腦神經(jīng)外科、心臟修復、膽囊摘除、人工關(guān)節(jié)置換、泌尿科和整形外科等方面的手術(shù)。
盡管如此，手術(shù)機器人還有許多方面需要不斷的完善和改進，通過增加“人造視野”系統(tǒng)，可在手術(shù)過程中監(jiān)視術(shù)野，輔助術(shù)者做出判斷，增加手術(shù)的安全性；用軟件來處理觸覺和視覺圖像的整合、分割和合成；提供穩(wěn)定的觸覺控制，識別不同的人體組織，進行關(guān)鍵解剖結(jié)構(gòu)的圖像識別和圖像分割；具有良好的觸覺反饋和位置覺。
型機電技術(shù)的不斷深入發(fā)展為小型機器人甚至納米機器人提供了技術(shù)支持,它可以直接進入人體器內(nèi)部進行工作,完成組織取樣、血管疏通、藥物定點放置、型手術(shù)和細胞操作等普通醫(yī)療技術(shù)和手段無法完成的工作。目前，國外正在研制和開發(fā)體內(nèi)自主行走式診斷治療、體內(nèi)細手術(shù)和體內(nèi)藥物直接投放型外科手術(shù)機器人。醫(yī)生用注射器將型機器人推入人體內(nèi)部,由它所攜帶的生物傳感器對人體組織進行檢測，當發(fā)現(xiàn)有病變組織時,型手術(shù)機器人對病變組織進行直接手術(shù)和藥物注射治療。哈爾濱工業(yè)大學機器人研究所成功研制出納米級精密定位系統(tǒng),在這個系統(tǒng)支持下的納米級高精密驅(qū)動機器人,能對細胞和染色體進行“顯手術(shù)”。納米級機器人可在人體觀世界行走,隨時清除人體中的一切有害物質(zhì),修復損壞的基因,激活細胞能量,使人不僅僅保持健康,而且延長壽命。
醫(yī)療機器人將機器人技術(shù)應用到醫(yī)療領(lǐng)域，極大的推動了現(xiàn)代醫(yī)療技術(shù)的發(fā)展，是現(xiàn)代醫(yī)療衛(wèi)生裝備的發(fā)展方向之一。隨著科學技術(shù)的不斷更新、社會的老齡化和現(xiàn)代戰(zhàn)爭的高技術(shù)化，以及醫(yī)療技術(shù)的發(fā)展，各療機器人及其輔助醫(yī)療技術(shù)將得到更深入而廣泛的研究和應用,促進醫(yī)療機器人技術(shù)的快速發(fā)展。
空間定位技術(shù)
在計算機輔助導航系統(tǒng)中, 空間定位是整個系統(tǒng)的關(guān)鍵, 直接關(guān)系到整個系統(tǒng)的精度和計算機輔助手術(shù)的成敗。其作用就是實時測出手術(shù)器械的空間位置和姿態(tài), 根據(jù)定位傳感器的不同, 可分為機械定位、超聲定位、電磁定位和光學定位法。
（1）機械定位
機械定位是手術(shù)導航系統(tǒng)最初的定位方法, 屬于無源定位。定位用機械手至少應有 mm。機械手定位的優(yōu)點是不會被阻塞, 不會被障礙遮擋, 同時可在特定位置夾住或放置手術(shù)器械。缺點是在手術(shù)中較為笨拙, 施加在機械手上的壓力可使數(shù)據(jù)發(fā)生變化, 同時存在固定裝置和制動器的位移誤差。機械定位常用于無臂系統(tǒng)的標定和檢查。
? (2) 超聲定位
通過測量超聲波的傳播時間來測量超聲波發(fā)射器與接收器間的距離。在手術(shù)器械上放置n (至少大于3) 個發(fā)射器, 即可計算出手術(shù)器械的位置和姿態(tài)。該系統(tǒng)的絕對精度一般為5mm。超聲波定位的主要問題在于溫度對超聲波的影響、空氣位移、空氣非均勻性以及發(fā)射器的大尺寸等。
? (3) 電磁定位
在電磁定位系統(tǒng)中, 每個電磁產(chǎn)生線圈定義一個空間方向, 3 個線圈確定三個空間方向, 然后再根據(jù)已知的相對位置關(guān)系就可以對目標的空間位置進行定位。電磁定位系統(tǒng)的精度為2mm。電磁定位的精度較高, 又屬于非接觸式定位。但系統(tǒng)磁場對工作空間中的任何金屬物體的引入都很敏感。
? (4) 光學定位
光學定位是目前手術(shù)導航系統(tǒng)中的主流定位方法。以ccd 攝像機作為傳感器,測量目標為安裝在手術(shù)器械上的幾個紅外發(fā)光二極管, 通過紅外發(fā)光二極管的空間位置, 計算出手術(shù)器械的位置和姿態(tài)。根據(jù)所用攝像機的不同, 光學定位可分為線陣ccd和面陣ccd兩種。面陣ccd 測量系統(tǒng)由兩個面陣ccd 攝像機組成, 采用標準鏡頭, 在圖像中的每個光點定義了空間的一個投影線, 采用空間兩個攝像機可計算其對應投影線的交點, 獲得點的三維坐標。線陣ccd 測量系統(tǒng)采用柱面鏡頭, 利用) , 其空間分辨率就很高, 典型的線陣ccd 導航系統(tǒng)精度在mm。光學定位系統(tǒng)的優(yōu)點是精度高, 處理靈活方便,但易受術(shù)中手的遮擋、周圍光線及金屬物體鏡面反射的影響。
虛擬現(xiàn)實技術(shù)
虛擬現(xiàn)實,簡稱vr技術(shù)（英文名為virtual reality）.這一名詞是由美國vpl創(chuàng)建人拉尼爾在年代初提出的，我國著名科學家錢學森將它翻譯為“靈境技術(shù)”它是將模擬環(huán)境、視景系統(tǒng)和仿真系統(tǒng)合三為一，并利用頭盔顯示器、圖形眼鏡、數(shù)據(jù)服、立體聲耳機、數(shù)據(jù)手套及腳踏板等傳感裝置，把操作者與計算機生成的三維虛擬環(huán)境鏈接在一起。操作者通過傳感器與虛擬環(huán)境交互作用，可獲得視覺、聽覺、觸覺等多種感知，并按照自己的意愿去改變的虛擬環(huán)境被稱之虛擬現(xiàn)實。
機器人用于醫(yī)學方面的資料如下：
醫(yī)療機器人是目前國外機器人研究領(lǐng)域中最活躍、投資最多的方向之一，其發(fā)展前景非常看好。近年來，醫(yī)療機器人技術(shù)引起美、法、德、意、日等國家學術(shù)界的極大，研究工作蓬勃興起。二十世紀九十年代起，國際先進機器人計劃(IARP)已召開過多屆醫(yī)療外科機器人研討會DARPA己經(jīng)立項，開展基于遙控操作的外科研究，用于戰(zhàn)傷模擬手術(shù)、手術(shù)培訓、解剖教學。歐盟、法國國家科學研究中心也將機器人輔助外科手術(shù)及虛擬外科手術(shù)仿真系統(tǒng)作為重點研究發(fā)展的項目之一在發(fā)達國家已經(jīng)出現(xiàn)醫(yī)療外科手術(shù)機器人市場化產(chǎn)品，并在臨床上開展了大量的病例應用研究。
與其它機器人相比，醫(yī)療機器人具有以下幾個特點：①其作業(yè)環(huán)境一般在醫(yī)院、街道、家庭及非特定的多種場合，具有移動性與導航、識別及規(guī)避能力，以及智能化的人機交互界面。在需要人工控制的情況下，還要具備遠程控制能力。②醫(yī)療機器人的作業(yè)對象是人、人體信息及相關(guān)醫(yī)療器械，需要綜合工程、醫(yī)學、生物、藥物及社會學等各個學科領(lǐng)域的知識開展研究課題。③醫(yī)療機器人的材料選擇和結(jié)構(gòu)設計必須以易消毒和滅菌為前提，安全可靠且無輻射。④以人作為作業(yè)對象的醫(yī)療機器人，其性能必須滿足對狀況變化的適應性、對作業(yè)的柔軟性，對危險的安全性以及對人體和精神的適應性等。⑤醫(yī)療機器人之間及醫(yī)療機器人和醫(yī)療器械之間具有或預留通用的對接接口，包括信息通訊接口、人機交互接口、臨床輔助器材接口以及傷病員轉(zhuǎn)運接口等。
例如：
1、外科手術(shù)輔助導航系統(tǒng)作為外科醫(yī)生的第三只眼, 可以讓手術(shù)醫(yī)師看到手術(shù)部位的內(nèi)部結(jié)構(gòu), 避免了因醫(yī)生經(jīng)驗不足而造成的手術(shù)失誤,
使手術(shù)更安全、更可靠、更精確、更科學, 具有極其廣闊的應用前景。
2、 它已經(jīng)成功地應用到神經(jīng)外科、整形外科、泌尿科、脊椎、耳鼻喉科、眼科、膝關(guān)節(jié)切除以及腹腔鏡等眾多領(lǐng)域中。由此,
依靠醫(yī)學成像、裝置、傳感器、計算機和機械手等的輔助, 從一個開放的、完全的人工手術(shù)到輔助醫(yī)生進行最小侵入性手術(shù)。另外,
醫(yī)生在選擇最佳的手術(shù)路徑、執(zhí)行復雜的外科手術(shù)和提高手術(shù)的成功率等方面也受益匪淺。
這是肯定的，只是時間問題。醫(yī)學上的診斷過程其實就是分類的過程，即判斷病人得的是什么病，分類是機器學習擅長的。至于說經(jīng)驗，人工智能就是用病人的病例訓練出來的，它的經(jīng)驗相當于所有訓練用病例的醫(yī)生的經(jīng)驗總和，準確率超過單個或幾個醫(yī)生，這是現(xiàn)在已經(jīng)通過實踐證明了的。人工智能不懂醫(yī)學知識照
