本書講述醫療機器人的基本原理、基礎知識和行業應用。

主要內容包括: 醫療機器人的特點及分類、醫療機器人的關鍵技術、醫療機器人臨床應用的工程研究。從研究背景、研究意義、關鍵技術和典型實例幾方面對各類醫療機器人做了分析講解, 分析了醫療機器人的發展前景。

本書涉及的機器人包括: 醫院服務機器人、神經外科機器人、血管介入機器人、腹腔鏡機器人、膠囊機器人、前列腺微創介入機器人、乳腺微創介入機器人、骨科機器人、康復機器人、全口義齒排牙機器人、正畸弓絲彎制機器人等。

本書內容清晰, 繫統性強, 不僅可以作為醫療機器人技術的前沿參考書, 幫助醫療機器人和生物醫學工程領域的研究人員、學生和技術人員鞏固基本原理與基本知識, 了解業界前沿技術, 還適合臨床醫學領域的醫生了解相關工程實踐。

第1 章醫療機器人的特點及分類/ 1

1.1醫療機器人的基本概念/ 1

1.2醫療機器人的特點/ 2

1.2.1概述/ 3

1.2.2醫療機器人的應用優點/ 3

1.2.3醫療機器人未來發展的趨勢/ 3

1.3醫療機器人的結構/ 4

1.3.1機器人繫統的組成/ 4

1.3.2醫療機器人的分類/ 5

參考文獻/ 21



第2 章醫療機器人的關鍵技術/ 23

2.1遠程手術技術/ 23

2.1.1遠程手術技術的背景/ 23

2.1.2遠程手術的基本定義/ 23

2.1.3遠程手術的運用實例/ 24

2.2手術導航技術/ 25

2.2.1手術導航技術的背景/ 25

2.2.2手術導航技術的基本定義/ 26

2.2.3手術導航技術的運用實例/ 28

2.3人機交互技術/ 28

2.3.1人機交互技術的背景/ 28

2.3.2人機交互的基本概念/ 30

2.3.3人機交互的運用實例/ 31

2.4輔助介入治療技術/ 33

2.4.1輔助介入治療技術的背景/ 33

2.4.2輔助介入治療技術的基本定義/ 34

2.4.3輔助介入治療技術的應用實例/ 34

參考文獻/ 35



第3 章醫院服務機器人/ 36

3.1引言/ 36

3.1.1醫院服務機器人的研究背景/ 36

3.1.2醫院服務機器人的研究意義/ 37

3.2醫院服務機器人的研究現狀/ 37

3.3醫院服務機器人的關鍵技術分析/ 40

3.3.1醫院服務機器人室內導航技術/ 40

3.3.2醫院服務機器人的定位與避障技術/ 43

3.3.3醫院服務機器人路徑規劃問題/ 47

3.4醫院服務機器人的典型實例/ 50

3.4.1移動式醫院服務機器人/ 50

3.4.2自動化藥房/ 53

參考文獻/ 56



第4 章神經外科機器人/ 58

4.1引言/ 58

4.1.1神經外科機器人的研究背景/ 58

4.1.2神經外科機器人的研究意義/ 59

4.2神經外科機器人的研究現狀/ 59

4.2.1立體定向神經外科/ 59

4.2.2功能性神經外科及癲痫病灶定位/ 62

4.2.3內鏡腦外科/ 63

4.2.4神經外科腫瘤學/ 65

4.2.5周圍神經手術/ 65

4.2.6其他神經外科應用/ 66

4.3神經外科機器人的關鍵技術/ 66

4.3.1神經外科導航繫統與定位技術/ 66

4.3.2神經外科機器人遠程交互技術/ 69

4.3.3神經外科機器人精準定位技術/ 69

4.4神經外科機器人實施實例/ 70

4.4.1Neuroarm 手術繫統/ 70

4.4.2ROSA 機器人輔助繫統/ 73

參考文獻/ 77



第5 章血管介入機器人/ 80

5.1引言/ 80

5.1.1血管介入機器人的研究背景/ 80

5.1.2血管介入機器人的研究意義/ 83

5.2血管介入機器人的研究現狀/ 83

5.3血管介入機器人的關鍵技術/ 93

5.3.1血管介入機器人機械結構/ 93

5.3.2血管介入機器人導航技術/ 94

5.3.3血管介入機器人的安全/ 95

5.3.4基於虛擬技術的手術模擬/ 96

5.4應用實例/ 100

參考文獻/ 104



第6 章腹腔鏡機器人/ 107

6.1引言/ 107

6.1.1腹腔鏡機器人的研究背景/ 107

6.1.2腹腔鏡機器人的研究意義/ 108

6.2腹腔鏡機器人的研究現狀/ 109

6.2.1腹腔鏡機器人的國外研究現狀/ 109

6.2.2腹腔鏡機器人的國內研究現狀/ 115

6.3腹腔鏡機器人的關鍵技術/ 117

6.3.1腹腔鏡機器人持鏡手臂設計/ 117

6.3.2腹腔鏡機器人的運動規劃及控制技術/ 118

6.3.3腹腔鏡機器人的自動導航方法/ 119

6.3.4腹腔鏡機器人的空間位置確定/ 121

6.3.5腹腔鏡機器人的虛擬現實技術/ 122

6.4腹腔鏡機器人的介入實例/ 123

6.4.1da Vinci 繫統/ 123

6.4.2“妙手” 繫統/ 126

6.5未來展望/ 128

參考文獻/ 130



第7 章膠囊機器人134

7.1引言/ 134

7.1.1膠囊機器人的研究背景/ 134

7.1.2膠囊機器人的研究意義/ 135

7.2膠囊機器人的研究現狀/ 136

7.2.1被動式膠囊機器人/ 136

7.2.2主動式膠囊機器人/ 138

7.3膠囊機器人的關鍵技術/ 142

7.3.1膠囊機器人的微型化技術/ 142

7.3.2膠囊機器人的密封技術/ 142

7.3.3膠囊機器人的能源供給技術/ 143

7.3.4膠囊機器人的驅動技術/ 146

7.3.5膠囊機器人的定位與智能控制/ 149

7.4膠囊內鏡機器人實施實例/ 150

7.4.1PillCam 膠囊機器人/ 150

7.4.2OMOM 膠囊內鏡機器人/ 153

參考文獻/ 156



第8 章前列腺微創介入機器人/ 160

8.1引言/ 160

8.1.1前列腺微創介入機器人的研究背景/ 160

8.1.2前列腺微創介入機器人的研究意義/ 162

8.2前列腺微創介入機器人的研究現狀/ 162

8.3前列腺微創介入機器人的關鍵技術/ 168

8.3.1前列腺MRI 圖像的輪廓分割/ 168

8.3.2前列腺微創介入機器人構型/ 171

8.3.3前列腺微創介入機器人穿刺特性/ 175

8.3.4前列腺微創介入機器人運動規劃/ 176

8.3.5前列腺微創介入機器人的精確控制/ 180

8.4前列腺微創介入機器人介入實例/ 187

參考文獻/ 192



第9 章乳腺微創介入機器人/ 196

9.1引言/ 196

9.1.1乳腺微創介入機器人的研究背景/ 196

9.1.2乳腺微創介入機器人的研究意義/ 197

9.2乳腺微創介入機器人的研究現狀/ 197

9.3乳腺微創介入機器人的關鍵技術/ 200

9.3.1乳腺微創介入機器人的兼容性/ 200

9.3.2乳腺微創介入機器人構型/ 204

9.3.3乳腺微創介入機器人穿刺針—組織作用機理/ 206

9.3.4乳腺微創介入機器人路徑規劃/ 211

9.3.5乳腺微創介入機器人的精確控制/ 211

9.4乳腺微創介入機器人介入實例/ 213

參考文獻/ 218



第10 章骨科機器人/ 220

10.1引言/ 220

10.1.1骨科機器人的研究背景/ 220

10.1.2骨科機器人的研究意義/ 221

10.2骨科機器人的研究現狀/ 222

10.2.1關節外科骨科機器人/ 222

10.2.2整骨骨科機器人/ 223

10.2.3脊柱外科骨科機器人/ 224

10.2.4創傷骨科機器人/ 226

10.3骨科機器人的關鍵技術/ 227

10.3.1骨科機器人的機械繫統/ 227

10.3.2骨科機器人的計算機輔助導航繫統/ 228

10.3.3骨科機器人的人機協同繫統/ 232

10.4骨科機器人實施實例/ 235

參考文獻/ 239



第11 章康復機器人/ 242

11.1引言/ 242

11.1.1康復機器人的研究背景/ 242

11.1.2康復機器人的研究意義/ 243

11.2康復機器人的研究現狀/ 243

11.2.1上肢康復機器人研究現狀/ 243

11.2.2下肢康復機器人發展狀況/ 246

11.2.3我國康復機器人發展狀況/ 248

11.3康復機器人關鍵技術/ 251

11.3.1康復機器人繫統設計分析/ 251

11.3.2康復機器人控制策略/ 253

11.3.3康復機器人運動軌跡規劃方法/ 257

11.4康復機器人的典型實例/ 259

參考文獻/ 261



第12 章全口義齒排牙機器人/ 264

12.1引言/ 264

12.1.1全口義齒排牙機器人的研究背景/ 264

12.1.2全口義齒排牙機器人的研究意義/ 265

12.2全口義齒排牙機器人的研究現狀/ 265

12.2.1全口義齒排牙機器人的國外研究現狀/ 265

12.2.2全口義齒排牙機器人的國內研究現狀/ 267

12.3全口義齒排牙機器人關鍵技術/ 268

12.3.1義齒模型的三維重建/ 268

12.3.2全口義齒排牙規則的數字化表達/ 271

12.3.3全口義齒牙弓曲線/ 276

12.3.4全口義齒排牙機器人機械結構/ 279

12.3.5全口義齒排牙機器人的精確運動控制/ 281

12.4全口義齒排牙機器人排牙實例/ 284

12.4.1單操作機全口義齒排牙機器人/ 286

12.4.2多操作機全口義齒排牙機器人/ 287

參考文獻/ 288



第13 章正畸弓絲彎制機器人/ 292

13.1引言/ 292

13.1.1正畸弓絲彎制機器人的研究背景/ 292

13.1.2正畸弓絲彎制機器人的研究意義/ 293

13.2正畸弓絲彎制機器人的研究現狀/ 294

13.3正畸弓絲彎制機器人的關鍵技術/ 296

13.3.1正畸弓絲的數字化表達/ 296

13.3.2正畸弓絲彎制機器人結構/ 299

13.3.3正畸弓絲翹曲回彈機理/ 301

13.3.4正畸弓絲彎制機器人控制規劃/ 308

13.3.5機器人正畸弓絲彎制程序生成方法/ 314

13.4正畸弓絲彎制機器人的典型實例/ 318

13.4.1弓絲彎制機器人實驗繫統/ 318

13.4.2實驗用例的選擇/ 320

13.4.3澳絲彎制實驗結果/ 320

參考文獻/ 321



第14 章醫療機器人的發展/ 324

14.1政策法規分析/ 324

14.2市場分析/ 325

14.3產業鏈結構分析/ 328

14.4技術分析/ 331

14.5未來發展方向/ 333

參考文獻/ 335



索引/ 337

20 世紀80 年代，機器人被首次引入醫療行業。經過40 餘年的發展，機器人被廣泛應用於神經外科、血管、腹腔、前列腺、乳腺和骨科手術，康復與護理，口腔診療等多個領域。醫療機器人技術是集醫學、生物力學、機械學、機械力學、材料學、計算機圖形學、計算機視覺、數學分析、機器人等諸多學科為一體的新型交叉研究領域。醫療機器人不僅促進了傳統醫學的革命，也帶動了新技術、新理論的發展。作為一種新興的技術應用，機器人的應用將對整個醫療行業產生深遠影響。

編著者從事醫療機器人研究多年，深感醫療機器人在醫工結合、臨床應用和關鍵技術等方面的研究存在諸多的難點，於是希望對現有醫療機器人研究進行歸類分析，將醫療機器人領域研究的進展介紹給機器人領域和醫學領域的專家和學者，以及投資者和決策者，故編著了本書。

本書共分14 章。第1 章醫療機器人的特點及分類，主要對醫療機器人的概念、分類、組成、特點、應用優點和未來發展趨勢進行概要介紹。第2 章醫療機器人的關鍵技術，主要從背景、基本定義和運用實例等方面對遠程手術技術、手術導航技術、人機交互技術、輔助介入治療技術等醫療機器人關鍵技術進行綜述分析。第3～13 章從研究背景、研究意義、關鍵技術和典型實例幾方面對醫院服務機器人、神經外科機器人、血管介入機器人、腹腔鏡機器人、膠囊機器人、前列腺微創介入機器人、乳腺微創介入機器人、骨科機器人、康復機器人、全口義齒排牙機器人、正畸弓絲彎制機器人等醫療機器人進行了重點講述。第14 章醫療機器人的發展分析，從政策法規、市場、產業鏈結構和技術等角度對醫療機器人的發展做了分析。

本書由哈爾濱理工大學姜金剛、張永德編著。第1、8、9、14 章由張永德編著，第2～7 章、第10～13 章由姜金剛編著，全書由姜金剛統稿定稿。研究生王開瑞、馬雪峰、張貫一、路明月、代雪松、黃致遠、秦培旺、楊智康、劉博健、赫天華、霍彪等參與了本書的文稿處理工作，在此表示由衷的感謝！

本書內容豐富，繫統性強，不僅可以作為了解醫療機器人技術的前沿教材，也適用於機器人和生物醫學工程領域的研究人員、學生和技術人員鞏固基本原理與基本知識，了解業界前沿技術， 還適合臨床醫學領域的醫生了解相關工程實踐。

編著者在醫療機器人領域從事研究工作十餘年，盡管在編寫過程中盡可能涵蓋各種醫療機器人繫統或相關研究，但由於本書涉及的主題廣泛，知識領域跨度大，書中內容難免存在不足與疏漏，懇請廣大專家及讀者批評指正！

編著者