医用机器人与计算机导航系统

         在19世纪末Clarke和Horsley将立体定向器械引入神经外科之前，所有外科操作和培训都是通过直接解剖病体来进行的。通过直接解剖，查看人体内部的组织结构，更真切、更清楚地观察、感觉和治疗原本不可见的病理症状，从而不断丰富和完善了外科学理论。但是，随着手术适应证的不断增加，手术操作也越来越复杂。由失血、感染及误操作所引起的手术失败率和死亡率逐渐增加。
         因此，人们开始寻找能够不开放 （至少是部分开放）的解剖方法来提高于术治疗效果。 1895年伦琴发现X射线是外科治疗理念的一次跨越式发展。人们开始能够从体外观察到体内的影像，从而可以在手术之前进行有效的诊断，提高医生对手术的判断能 力。而1971年后CT机的出现，则为检查人体内部解剖切片提供了更精确的影像数据。 自此，医学影像开始广泛应用于外科榆查、诊断和治疗。
         20世纪70年代后期计算机及信息技术的迅猛发展，以及80年代后期微创理念的出现，则大大促进了图像技术在外 科手术中的应用和普及。与此同时，机器人技术开始进入外科领域，并首先在神经外 科获得了临床应用，随后扩展到骨科（关节、脊柱、创伤）、眼科、泌尿，颅颌面、放射、心脏等多个外科领域，先后出现了多种新的治疗理念和方法，典型的有图像引导手术(image - guided surgery，IGS)、微创手术（minimal invasive surgery，MIS）、计算机集成手术（computer integrated surge叮，CIS）、计算机辅助手术(computer aided/assistedsurgery，CAS)以及医用机器人（medical robotics，MR）、医用机器人与计算机辅助手术（medical robotics and computer assisted surgery，MRCAS）、遥外科（tele - surgery）等，为手 术的诊断治疗和辅助操作提供了一种新型工具。 为了有效描述这种以计算机和机器人技术为基础的新兴治疗理念和治疗手段的发展，并突出机器人和导航技术在手术中的重要作用，本章统一采用“医用机器人与计算机导航系统”这一术语。医用机器人与计算机导航系统涉及医学成像、图像分析、 机器人、传感器、运动分析、虚拟现实、遥操作及外科学等多个学科，能够从视觉、 触觉和听觉上为医生进行手术操作提供便利，扩展医生操作技能，有效提高于术诊断与评佶、精确定位、精密操作和手术训练的质量，缩短患者康复周期，是末米外科领域和数字化医疗器械领域的研发重点和必然趋势。 
         医用机器人与计算机导航系统作为一类智能化和自动化系统，其操作过程亦遵循 “感知／推理／操作”三原则，即建模、规划和执行三个阶段。建模阶段主要完成图像的采集、处理与特征分析，规划阶段主要是确定手术实施策略，执行期阶段则是借助手 动操作或者机器人来辅助实现手术策略。可以说，此类系统整合了智能器械与自动控制技术，能够以成像设备和传感器为工具，直接或者间接地引导操作，实现微创手术 （见图7-1）。