導(dǎo)語：如何才能寫好一篇醫(yī)學(xué)影像技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

【關(guān)鍵詞】醫(yī)學(xué)；影像；物理；技術(shù)

【中圖分類號(hào)】R-0 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B 【文章編號(hào)】1671-8801（2015）03-0272-02

當(dāng)前時(shí)代背景下的醫(yī)學(xué)影像物理和醫(yī)學(xué)影像技術(shù)發(fā)展以依靠功能成像為主，核心點(diǎn)即為人體心理生理成像和人體心理功能成像。我們通常所說的生理成像也就是基礎(chǔ)性參數(shù)成像，此項(xiàng)內(nèi)容以生理參數(shù)形式在人體內(nèi)部進(jìn)行分布，上述分布形式需要相關(guān)人員進(jìn)行數(shù)據(jù)重建才能獲得，之后在此基礎(chǔ)上還要給予其數(shù)次分析和詳細(xì)計(jì)算。心理成像技術(shù)的復(fù)雜性顯而易見，由于多少會(huì)聯(lián)系到實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性，成像設(shè)備設(shè)定過程中要對(duì)其進(jìn)行被試控制以達(dá)到預(yù)期效果。但是心理成像臨床精神疾病診療實(shí)驗(yàn)才會(huì)起突破最大的一個(gè)點(diǎn)，內(nèi)生物法分析動(dòng)態(tài)成像和反義核酸水動(dòng)態(tài)成像是現(xiàn)下醫(yī)學(xué)領(lǐng)域多次討論和研究的科學(xué)問題之一，上述成像方法和成像技術(shù)會(huì)對(duì)醫(yī)療機(jī)構(gòu)改革造成重大影響。

一、醫(yī)學(xué)影像物理要點(diǎn)分析

1.X射線成像要點(diǎn)分析

1970年之后出現(xiàn)了X射線斷層成像技術(shù)，X射線斷層成像技術(shù)是較為傳統(tǒng)的影像技術(shù)之一，以也是最為成熟的成像方法之一，X射線斷層成像技術(shù)速度之快足可以完成對(duì)心臟進(jìn)行動(dòng)態(tài)成像，將顯像增強(qiáng)劑XCT成像技術(shù)進(jìn)行科學(xué)合理融入，可對(duì)血管病變進(jìn)行檢查，同時(shí)也可對(duì)血腦屏障病灶破壞與否進(jìn)行適時(shí)檢查，此項(xiàng)技術(shù)實(shí)質(zhì)上歸屬于功能成像的基本范疇之內(nèi)。需要注意的是，病人體內(nèi)劑量接收和病人片厚接收過程中，醫(yī)生均應(yīng)進(jìn)行折中篩選，對(duì)比度因素提高和相關(guān)空間分辨率提高，二者會(huì)受到一定制約因素影響，但是多模態(tài)集成成像基本裝置中，新型PET和MRI都相繼問世，在某種程度上為用戶提供質(zhì)量方法選擇權(quán)限，軟件水平元素和硬件水平元素之上的醫(yī)學(xué)影像集成有時(shí)呈多模態(tài)發(fā)展趨勢，此類狀況也是未來發(fā)展趨勢之一。

2.核磁共振成像要點(diǎn)分析

采集技術(shù)以成為操作主選，其發(fā)展態(tài)勢偏于良性化，但是氣體成像確是商業(yè)首選，肺部現(xiàn)象中的體現(xiàn)尤為突出，當(dāng)下MRI基本功能成像設(shè)備應(yīng)用范圍內(nèi)，主要分為人腦認(rèn)知功能成像內(nèi)容，此種內(nèi)容旨在對(duì)人體大腦工具機(jī)制進(jìn)行實(shí)時(shí)性的心理測量，并在診斷過程中可以為腫瘤疾病等提供相應(yīng)可靠治療信息，之后在此基礎(chǔ)上為體內(nèi)腫瘤發(fā)展階段信息以及相關(guān)體內(nèi)腫瘤擴(kuò)散程度信息等且進(jìn)行及時(shí)準(zhǔn)確判斷，一般情況下，其以人腦功能可視化工具形式產(chǎn)生。MRI設(shè)備通過不斷更新與調(diào)整，其已然達(dá)到了10Tesla的高超操作水準(zhǔn)，具體性結(jié)構(gòu)系統(tǒng)發(fā)雜程度相對(duì)于設(shè)備維護(hù)因素和設(shè)備功能開發(fā)因素而言，其是及其重要的。單從數(shù)據(jù)采集角度而言，微電子技術(shù)會(huì)被適當(dāng)應(yīng)用到體素水平研究上，通過并行采集技術(shù)完成編碼技術(shù)脫離，使得MRI成像速度得到穩(wěn)步提升。

3.超聲波成像要點(diǎn)分析

UI實(shí)質(zhì)上以非電離輻射成像模態(tài)形式產(chǎn)生，主要分為平面成像產(chǎn)品和對(duì)應(yīng)斷層呈現(xiàn)產(chǎn)品兩種，因?yàn)槎S成像才是其重要組成部分和重點(diǎn)操作環(huán)節(jié)，還有就是血液流動(dòng)彩色杜普勒成像儀器設(shè)備的合理接入，此項(xiàng)產(chǎn)品便難以流通，三維成像技術(shù)和相關(guān)三維技術(shù)產(chǎn)品普及程度不高，但是我們此處所談及的三維也并不是真正意義上的三維，其主要是指將二維切片進(jìn)行疊加，在疊加之后得到所需的準(zhǔn)三維圖像。需要注意的是，UI儀器設(shè)備發(fā)展過程中極有可能超過X射線成像，并會(huì)成為醫(yī)學(xué)影像工作中的首選醫(yī)學(xué)工具。應(yīng)該了解到，超聲波成像具備成像安全可靠和操作價(jià)格低廉等優(yōu)異性，所以診斷治療和介入治療以及相關(guān)影像檢測環(huán)節(jié)等都會(huì)得到不斷發(fā)展與完善，其數(shù)量基礎(chǔ)性增長速度已然超乎人類想象。

二、醫(yī)學(xué)影像技術(shù)要素分析

處于首位層次上的工作和與處于首要層次上的硬件相關(guān)的軟件關(guān)系尤為密切，二者主要對(duì)成像裝置操作部件控制內(nèi)容進(jìn)行承擔(dān)，與此同時(shí)，數(shù)據(jù)采集內(nèi)容和圖像預(yù)處理內(nèi)容以及相關(guān)圖像重建內(nèi)容等也被包含在內(nèi)，并且也需要將臨床數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集，之后在此基礎(chǔ)上對(duì)其加以分析。依據(jù)長遠(yuǎn)角度而言，醫(yī)學(xué)軟件和醫(yī)學(xué)硬件的結(jié)合是醫(yī)學(xué)領(lǐng)域發(fā)展過程中的必然需求，以此種模式便可有效提高醫(yī)學(xué)水平的競爭力度。次要層次軟件核心針對(duì)環(huán)節(jié)是對(duì)機(jī)械數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，需要醫(yī)護(hù)人員相互配合才能完成正規(guī)操作，現(xiàn)下我國沒有形成三位一體合作機(jī)制，現(xiàn)有商業(yè)軟件開發(fā)仍舊落后與他國。PACS技術(shù)的出現(xiàn)有力補(bǔ)漏了技術(shù)空缺，節(jié)點(diǎn)設(shè)置將成像設(shè)備作為主要內(nèi)容，多模態(tài)形式之上的醫(yī)學(xué)影像資料信息會(huì)被不同類型專業(yè)圖像處理平臺(tái)加以處理以有效滿足基礎(chǔ)性醫(yī)院臨床工作需求。上述軟件與圖像工作平臺(tái)相互聯(lián)系，之后在此基礎(chǔ)上在于與PACS進(jìn)行對(duì)接，以此種模式來完成局域網(wǎng)節(jié)點(diǎn)創(chuàng)建，適時(shí)通過與醫(yī)院就醫(yī)病人接診過程進(jìn)行病人具體信息錄入，完成優(yōu)良性質(zhì)為主的圖像站創(chuàng)建。此時(shí)需要在作出科學(xué)合理病情診斷的同時(shí)打印出相關(guān)病情報(bào)告，圖像站中的工作人員可以對(duì)同意病人進(jìn)行數(shù)據(jù)信息采集，然后與圖像配準(zhǔn)環(huán)節(jié)有機(jī)融合，只有這樣才能在一定程度上提高醫(yī)院對(duì)病人的治療質(zhì)量和診斷效率。

結(jié)束語

綜上所述，醫(yī)學(xué)影像物理和醫(yī)學(xué)影像技術(shù)是當(dāng)前物理學(xué)整體中的核心分支結(jié)構(gòu)，需要對(duì)成像問題和圖像處理問題以及相關(guān)醫(yī)學(xué)圖像臨床應(yīng)用問題等有所了解。與此同時(shí)，物理問題內(nèi)容和算法內(nèi)容以及對(duì)應(yīng)軟件設(shè)計(jì)內(nèi)容也是其中重點(diǎn)，疾病診斷醫(yī)學(xué)影像內(nèi)容和疾病治療醫(yī)學(xué)影像內(nèi)容以及疾病科研醫(yī)學(xué)影像內(nèi)容都是重要人體信息載體，合理分析影響物理和技術(shù)可促進(jìn)行業(yè)內(nèi)部的穩(wěn)定發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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篇2

【關(guān)鍵詞】  矯形外科　醫(yī)療機(jī)器人　 圖像處理　手術(shù)仿真　術(shù)中配準(zhǔn)　手術(shù)安全

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【摘要】  矯形外科是醫(yī)療機(jī)器人的重要應(yīng)用領(lǐng)域，本文綜述了典型醫(yī)療機(jī)器人在矯形外科中的應(yīng)用與發(fā)展，并對(duì)機(jī)器人技術(shù)在矯形外科中所涉及的手術(shù)機(jī)器人機(jī)構(gòu)、醫(yī)學(xué)圖像處理、手術(shù)仿真、術(shù)中配準(zhǔn)、手術(shù)安全等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了分析，同時(shí)指出了今后的發(fā)展方向。

【關(guān)鍵詞】  矯形外科　醫(yī)療機(jī)器人　 圖像處理　手術(shù)仿真　術(shù)中配準(zhǔn)　手術(shù)安全

application and development of robotic technology in orthopedic surgery

tian heqiang,wu dongmei,du zhijiang,et al.

state key aboratory of robotics and system,harbin university of technology,harbin 150080,china

    abstract：orthopedic surgery is important application of medical robot.the application and development of typical medical robots in orthopedic surgery are summarized in this paper.the key techniques such as surgical robot prototype design,medical image processing,surgery simulation,intraoperative registration,surgical safety are analyzed in detail.the trend of future development is forecast as well.

   

key words：orthopedic surgery;  medical robot;  image processing;  surgical simulation;  intraoperative registration;  surgical safety

矯形外科手術(shù)是手術(shù)室中最常見的一種手術(shù)，但是由于各種原因，一些病人的術(shù)后效果并不令人滿意。例如，在長肢骨骨折手術(shù)中，通常采用髓內(nèi)釘對(duì)斷裂的骨頭進(jìn)行內(nèi)固定，但是斷骨的復(fù)位和髓內(nèi)釘?shù)逆i定對(duì)多數(shù)的外科醫(yī)生，有時(shí)甚至對(duì)經(jīng)驗(yàn)豐富的臨床專家都是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。經(jīng)椎弓根準(zhǔn)確置入螺釘技術(shù)，穿透椎弓根皮質(zhì)骨比例高達(dá)5.2％～28.1％。在關(guān)節(jié)置換手術(shù)中，被植入的裝置必須放到恰當(dāng)?shù)奈恢?，并能夠和人體內(nèi)的其它骨頭很好的配合。骨切開術(shù)則需要切口準(zhǔn)確，在斷骨碎片自動(dòng)愈合之前必須將它們固定到正確的位置。韌帶修復(fù)術(shù)、骨折恢復(fù)術(shù)和股骨髓內(nèi)釘植入術(shù)等都需要很高的精度。

       

另一方面，機(jī)器人輔助外科手術(shù)系統(tǒng)可以明顯的改善手術(shù)的精度、質(zhì)量、效率和穩(wěn)定性，可以實(shí)現(xiàn)手術(shù)最小損傷，提高手術(shù)安全性，縮短治療時(shí)間，降低醫(yī)療成本。同時(shí)骨骼不像易于變形的軟組織，容易固定，還比較容易在ct、x線中成像，容易進(jìn)行手術(shù)。機(jī)器人技術(shù)的顯著優(yōu)點(diǎn)同矯形外科的實(shí)際需要緊密的結(jié)合起來，在醫(yī)療機(jī)器人研究領(lǐng)域占有率接近20％，使得矯形外科手術(shù)成為醫(yī)療機(jī)器人技術(shù)的主要應(yīng)用領(lǐng)域。

1  典型矯形外科機(jī)器人介紹

       

美國華盛頓大學(xué)第一次把機(jī)器人應(yīng)用在全膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)(tka)矯形外科中。隨著機(jī)器人技術(shù)在矯形外科應(yīng)用的開展，出現(xiàn)了幾種典型的矯形外科機(jī)器人系統(tǒng)。

     

1992年integrated surgical systems公司推出其商業(yè)化產(chǎn)品robodoc系統(tǒng)［1］，該系統(tǒng)能夠完成一系列的骨科手術(shù)，如全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)及全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)(tha & tka)，也用于了全膝關(guān)節(jié)置換翻修術(shù)(rtka)(圖1)。使用robodoc系統(tǒng)進(jìn)行全髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)時(shí)，首先醫(yī)生在患者髖部置入3根標(biāo)志針，這些標(biāo)志針會(huì)被作為進(jìn)行患者和機(jī)器人之間位置注冊的基準(zhǔn)點(diǎn)。之后對(duì)患者進(jìn)行ct掃描，并將ct數(shù)據(jù)導(dǎo)入規(guī)劃工作站。規(guī)劃結(jié)束以后，通過標(biāo)志針的注冊，機(jī)器人也幾經(jīng)移動(dòng)到合適的位置，準(zhǔn)備開始在股骨上切割用于安裝假體的空腔。切割過程中，robodoc在計(jì)算機(jī)屏幕上提供加工過程的可視化顯示。整個(gè)切削過程受到監(jiān)控中，醫(yī)生可以在計(jì)算機(jī)屏幕上監(jiān)控操作，一旦出現(xiàn)特殊情況醫(yī)生還可以馬上停止機(jī)器人的操作。當(dāng)切割完成后，機(jī)器人會(huì)離開手術(shù)空間，之后的操作由醫(yī)生按常規(guī)手術(shù)過程徒手完成。利用此系統(tǒng)進(jìn)行手術(shù)，股骨與假體的吻合程度是傳統(tǒng)手術(shù)的4倍多。

   　 robodoc在商業(yè)上的成功促使德國orto maquet公司在1997年推出了caspar手術(shù)系統(tǒng)［2］，該系統(tǒng)用于tha&tka中的骨骼磨削，以及前交叉韌帶重建術(shù)的隧道入點(diǎn)定位，磨削精度達(dá)到了0.1 mm(圖2)，在歐洲一些醫(yī)院里得到應(yīng)用。

       

2001年英國imperial college開發(fā)了acrobot(active constrain robot)系統(tǒng)［3］，該系統(tǒng)是一個(gè)半自主的機(jī)器人，用于tka和微創(chuàng)膝關(guān)節(jié)單髁置換術(shù)(uka)，如圖3所示。使用時(shí)，醫(yī)生先把手術(shù)刀安裝在機(jī)器人的末端關(guān)節(jié)上，然后拉著機(jī)器人的手臂使手術(shù)刀沿著患者膝蓋上的預(yù)切割部位運(yùn)動(dòng)1周，機(jī)器人就可以通過自身所帶的力傳感器和位置傳感器記錄下相應(yīng)的信號(hào)，在實(shí)際手術(shù)時(shí)，機(jī)器人通過所記錄的信號(hào)來防止醫(yī)生運(yùn)動(dòng)到安全區(qū)域外或者切割過多的骨頭，確保切削工具處于預(yù)期的切削體積之內(nèi)。acrobot系統(tǒng)使用術(shù)前ct圖像進(jìn)行手術(shù)規(guī)劃，術(shù)中配準(zhǔn)使用基于基準(zhǔn)針的［based on fiducials(pin)］配準(zhǔn)方法，配準(zhǔn)時(shí)，醫(yī)生把幾個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)位置定在夾鉗上，夾鉗連接到股骨和脛骨上。

     

  　  象robodoc這樣的系統(tǒng)太過于龐大，一般從工業(yè)機(jī)器人演變而來。為了特定手術(shù)的需要，出現(xiàn)了一種較為緊湊型的機(jī)器人crigos，該機(jī)器人不像以前采用串聯(lián)機(jī)構(gòu)的系統(tǒng)，它采用并聯(lián)平臺(tái)，也稱為stewart平臺(tái)。充分利用了并聯(lián)機(jī)器人剛度大、精度高、體積小等特點(diǎn)，來減少手術(shù)中醫(yī)生的誤操作、增加動(dòng)作的穩(wěn)定性。除此之外，比較典型的系統(tǒng)還包括韓國kaist開發(fā)的arthrobot系統(tǒng)［5］和美國卡內(nèi)基梅隆大學(xué)開發(fā)的mbars系統(tǒng)［6］，以及以色列technion開發(fā)mars系統(tǒng)，并被mazor醫(yī)療技術(shù)公司商業(yè)化推出spine assist系統(tǒng)［7，8］。這些系統(tǒng)和crigos一樣采用了并聯(lián)機(jī)構(gòu)，比crigos還要先進(jìn)的地方是他們固定在骨骼上，并不需要較大的工作空間來執(zhí)行任務(wù)，使用在主動(dòng)模式中。

       

arthrobot系統(tǒng)是一種新型的關(guān)節(jié)造型術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)，適用于全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)(tha)。mbars系統(tǒng)用于髕股關(guān)節(jié)成形術(shù)(pfa)，整個(gè)準(zhǔn)備空腔的過程需要大約2 min，速度比手工過程的平均時(shí)間要快。spine assist系統(tǒng)是以色列mazor公司在2002年推出的一種mars商品化產(chǎn)品，是專門用于脊柱手術(shù)的微型機(jī)器人，主要進(jìn)行椎弓根螺釘手術(shù)和經(jīng)椎板關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)螺釘固定手術(shù)(圖4)，該系統(tǒng)采用了微型化的并聯(lián)機(jī)器人結(jié)構(gòu)，機(jī)械本體的體積顯著縮小，可以直接安裝在骨骼上，定位精度達(dá)到1.7 mm以內(nèi)。該系統(tǒng)可以幫助醫(yī)生確定手術(shù)儀器和植入物的精確位置、可縮短手術(shù)時(shí)間、提高手術(shù)精確度，從而使脊柱內(nèi)固定手術(shù)中因植入物位置不當(dāng)而造成的醫(yī)源性損傷的風(fēng)險(xiǎn)降低到最低。在進(jìn)行手術(shù)時(shí)，通過專用的夾鉗固定實(shí)現(xiàn)機(jī)器人和患者骨骼的相對(duì)位置固定。將術(shù)前規(guī)劃導(dǎo)入系統(tǒng)的工作站，再采集2張正、側(cè)位的x線圖像，術(shù)前規(guī)劃的結(jié)果會(huì)自動(dòng)集成到術(shù)中的x線圖像上。機(jī)器人就會(huì)自動(dòng)運(yùn)動(dòng)到規(guī)劃的位置上，醫(yī)生可以通過機(jī)器人上的導(dǎo)航臂，按照規(guī)劃的位置和姿態(tài)完成手術(shù)。

     

另一個(gè)新的方法是開發(fā)固定在骨骼上的小型機(jī)器人，具有較少的自由度(一般為2個(gè))，用于對(duì)全膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)(tka)手術(shù)中導(dǎo)引工具的定位。相應(yīng)的例子有praxiteles，galileo、gp系統(tǒng)。通常這些機(jī)器人與商業(yè)化的導(dǎo)航系統(tǒng)一起工作。2005年法國praximmedivision公司開發(fā)了praxiteles系統(tǒng)［9］(圖5)，主要用于tka。praxiteles安裝在遠(yuǎn)端股骨上對(duì)圍繞遠(yuǎn)端股骨的導(dǎo)鋸器定位。praxiteles同導(dǎo)航系統(tǒng)集成在一起，導(dǎo)航系統(tǒng)提供tka手術(shù)的無圖像導(dǎo)航。

小型機(jī)器人的概念由手持式的機(jī)器人發(fā)揮到了極限。這類機(jī)器人不直接進(jìn)行骨骼切削，而是通過醫(yī)生的手工進(jìn)行，是半主動(dòng)的。這些機(jī)器人的例子有itd、pfs。itd是一款六軸并聯(lián)機(jī)器人，用于對(duì)手的顫動(dòng)和解剖物的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償。他采用了光學(xué)跟蹤系統(tǒng)來測量目標(biāo)位置。2004年美國卡內(nèi)基梅隆大學(xué)和西賓夕法尼亞州醫(yī)院聯(lián)合開發(fā)了pfs［10］(precision freehand sculptor)(圖6)，該系統(tǒng)由手持工具、跟蹤系統(tǒng)和顯示器組成，跟蹤系統(tǒng)監(jiān)視手持切削工具的位置，計(jì)算機(jī)提供刀具位于期望切削區(qū)的可視化顯示。

   

盡管近年來對(duì)緊湊型機(jī)器人的研究興趣高漲，大型外科機(jī)器人的研究并沒有停止。2004年，東京大學(xué)研制了一款重達(dá)900 kg的9軸機(jī)器人系統(tǒng)［11］，用于tka手術(shù)。2005年法國medtech、zimmer公司研制一個(gè)安裝在輪式推車上的小型六軸機(jī)器人brigit系統(tǒng)［12］，該系統(tǒng)用于高位脛骨截骨術(shù)(hto)，也可以用于tha、tka手術(shù)。另外在機(jī)器人結(jié)構(gòu)形式上出現(xiàn)了串并混連結(jié)構(gòu)的矯形外科機(jī)器人系統(tǒng)。串并混連結(jié)構(gòu)可將串聯(lián)結(jié)構(gòu)和并聯(lián)結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)集中在一起。2007年，意大利的stefano bruni等［13］就采用串并混合結(jié)構(gòu)的機(jī)器人應(yīng)用于tka。其中機(jī)械本體采用串聯(lián)結(jié)構(gòu)，加工頭采用并聯(lián)結(jié)構(gòu)。

       

除了上述典型的矯形外科機(jī)器人系統(tǒng)外，國內(nèi)研究機(jī)構(gòu)把機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用于矯形外科也進(jìn)行了不同的嘗試，根據(jù)國情自主開發(fā)了一些矯形外科機(jī)器人系統(tǒng)。

       

2004年，北京航空航天大學(xué)機(jī)器人所開發(fā)了一套雙平面機(jī)器人導(dǎo)航系統(tǒng)［14］，解決了經(jīng)x線圖像導(dǎo)航機(jī)器人完成髓內(nèi)釘?shù)倪h(yuǎn)端孔鎖定手術(shù)的難題，該系統(tǒng)在北京積水潭醫(yī)院完成了首次接骨手術(shù)。2004年哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)器人研究所開發(fā)了一套基于x線圖像導(dǎo)航的機(jī)器人輔助骨科手術(shù)系統(tǒng)［15］。該系統(tǒng)引導(dǎo)1臺(tái)并聯(lián)機(jī)器人模仿長骨骨折復(fù)位手術(shù)中傳統(tǒng)臨床治療操作，通過牽引裝置進(jìn)行斷骨復(fù)位，引導(dǎo)另1臺(tái)基于motoman工業(yè)機(jī)器人的串聯(lián)機(jī)器人引導(dǎo)醫(yī)生完成髓內(nèi)釘鎖定。這個(gè)系統(tǒng)中的所有功能在臨床尸體樣本實(shí)驗(yàn)中得以證明和實(shí)現(xiàn)。

2  矯形外科機(jī)器人系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

       

通過上述典型系統(tǒng)的介紹可以看出，除去機(jī)器人主體部分外，矯形外科機(jī)器人系統(tǒng)主要有以下幾個(gè)組成：術(shù)前處理系統(tǒng)，包括醫(yī)療圖像獲取、處理及三維建模、手術(shù)規(guī)劃與仿真等模塊；術(shù)中干預(yù)系統(tǒng)，包括機(jī)械臂執(zhí)行機(jī)構(gòu)、手術(shù)目標(biāo)三維模型與現(xiàn)實(shí)空間的配準(zhǔn)、安全監(jiān)控等模塊；術(shù)后評(píng)價(jià)系統(tǒng)，包括手術(shù)數(shù)據(jù)分析等模塊。因此其關(guān)鍵技術(shù)包括以下幾個(gè)方面［16～19］：

2.1  機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

       

矯形外科機(jī)器人系統(tǒng)從早期的工業(yè)機(jī)器人平臺(tái)到目前的專用機(jī)器人，從早期的大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)到目前的小型模塊化結(jié)構(gòu)，從早期的簡單定位功能到目前的多功能操作，從較多自由度發(fā)展到具有較少的自由度小型機(jī)器人系統(tǒng)和便攜式的機(jī)器人。小型化、專用化和模塊化的趨勢比較明顯。所以在研制矯形外科機(jī)器人時(shí)注意以下幾點(diǎn)：選擇合適的機(jī)構(gòu)形式，串聯(lián)結(jié)構(gòu)、并聯(lián)結(jié)構(gòu)還是串并混合結(jié)構(gòu)；小型化，結(jié)構(gòu)緊湊，便于安裝和維修；根據(jù)實(shí)際要求可以選擇有動(dòng)力或無動(dòng)力，無動(dòng)力一般用于手術(shù)導(dǎo)航或定位，同時(shí)具有較高的安全性；是否使用傳感器，為了增加手術(shù)安全，提高手術(shù)精度，一些位置傳感器、力傳感器等設(shè)計(jì)中要考慮，提供誤差補(bǔ)償和觸覺反饋信息；是否符合醫(yī)生的操作習(xí)慣；是否方便消毒，保證系統(tǒng)的安全性等。

2.2  醫(yī)學(xué)圖像三維建模

       

醫(yī)學(xué)圖像是手術(shù)的主要信息來源，尤其對(duì)基于圖像導(dǎo)航的矯形外科機(jī)器人系統(tǒng)是非常關(guān)鍵的問題。醫(yī)學(xué)影像三維重建就是研究由ct、mri等這些醫(yī)療成像設(shè)備獲取的二維影像序列構(gòu)建組織或器官的三維幾何模型，并在計(jì)算機(jī)屏幕上“真實(shí)”繪制與顯示。逼真的三維幾何模型能夠?yàn)橥饪漆t(yī)生進(jìn)行手術(shù)模擬、手術(shù)導(dǎo)航、手術(shù)定位、制定手術(shù)方案提供客觀、準(zhǔn)確、直觀、科學(xué)的信息。同時(shí)由于這些圖像信息具有準(zhǔn)確性和可靠性，也被作為醫(yī)療機(jī)器人、特別是手術(shù)支援機(jī)器人的控制信息源。

2.3  手術(shù)仿真

       

矯形外科手術(shù)中常常需置入假體，確定最佳的假體形狀、置入位置和方向以及人體骨頭接觸面的切割是手術(shù)成功的關(guān)鍵。虛擬手術(shù)仿真系統(tǒng)可以預(yù)演手術(shù)的整個(gè)過程，使醫(yī)生可以事先發(fā)現(xiàn)手術(shù)中的問題，并幫助醫(yī)生合理、定量地制定手術(shù)方案，選擇最佳的手術(shù)路徑，減小手術(shù)損傷，減少對(duì)周圍健康組織的破壞。對(duì)提高定位精度、開展復(fù)雜的外科手術(shù)和提高手術(shù)成功率具有重要的意義。

2.4  術(shù)中配準(zhǔn)

       

機(jī)器人輔助矯形外科手術(shù)，確定機(jī)器人末端手術(shù)器械和患者手術(shù)目標(biāo)及其術(shù)前圖像的相對(duì)位置，通常是通過確立一些基準(zhǔn)點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)二者的配準(zhǔn)。這些基準(zhǔn)點(diǎn)通常是在骨頭里鉆入的—些小的金屬釘用做基準(zhǔn)點(diǎn)。但是，這些在人體中人工加入的標(biāo)志會(huì)給病人帶來額外的痛苦。配準(zhǔn)的誤差是矯形外科機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)誤差的主要來源，所以必須解決好配準(zhǔn)的精確與精度問題。因此術(shù)中配準(zhǔn)的精度、速度，以及對(duì)病人帶不帶來創(chuàng)傷都是術(shù)中配準(zhǔn)要研究的問題。

2.5  手術(shù)安全

       

醫(yī)療機(jī)器人是個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，涉及許多交互的子系統(tǒng)，包括計(jì)算處理、傳感器，機(jī)構(gòu)和人機(jī)交互接口。然而，醫(yī)療機(jī)器人在臨床應(yīng)用中是直接同人進(jìn)行交互的，安全問題不容忽視。一般要求機(jī)器人工作過程可控。必須確保不存在引起醫(yī)療機(jī)器人失控或者危及病人的故障因素。醫(yī)生也需對(duì)機(jī)器人系統(tǒng)的功能和缺陷清楚的了解。醫(yī)療機(jī)器人的研發(fā)、測試和維護(hù)中要仔細(xì)按照文件規(guī)定，嚴(yán)格遵守操作規(guī)程。消毒和生物適應(yīng)性是醫(yī)療機(jī)器人特別要關(guān)注的問題。安全性問題較為復(fù)雜，目前還未能夠形成一個(gè)普遍承認(rèn)的安全標(biāo)準(zhǔn)。

3  結(jié)  論

       

矯形外科醫(yī)用機(jī)器人技術(shù)已經(jīng)展示出了自己的發(fā)展特色，正在發(fā)展成為一個(gè)新興的、前沿性的學(xué)術(shù)領(lǐng)域，帶動(dòng)了多種技術(shù)學(xué)科的發(fā)展，已成為數(shù)字化醫(yī)療的未來重要發(fā)展方向。擁有新型的機(jī)器人構(gòu)型、更靈活的手術(shù)操作方法、更適宜的醫(yī)用傳感器、更安全的機(jī)器人控制技術(shù)、更合理的手術(shù)操作規(guī)范等以此來提高系統(tǒng)安全性和臨床可接受度的矯形外科醫(yī)用機(jī)器人將是今后研發(fā)的重點(diǎn)。以傳感器技術(shù)、微機(jī)電技術(shù)為基礎(chǔ)，適應(yīng)微創(chuàng)手術(shù)的發(fā)展需求，小型化、模塊化和智能化已成為未來一段時(shí)間內(nèi)矯形外科醫(yī)用機(jī)器人技術(shù)發(fā)展的重要趨勢。

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