[正版]正版 医疗机器人技术 姜金刚 医疗机器人特点及分类 人工智能自动控制服务机器人 医院服务机器人研究意义 医疗机器

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1、本书基于医疗机器人的发展现状和技术要点，系统讲述了医疗机器人的关键技术。
2、介绍了当前市场上得以广泛应用的11类医疗机器人。
3、本书讲解的医疗机器人包括：医院服务机器人、神经外科机器人、血管介入机器人、腹腔镜机器人、胶囊机器人、前列腺微创介入机器人、乳腺微创介入机器人、骨科机器人、康复机器人、全口义齿排牙机器人、正畸弓丝弯制机器人。
4、每类机器人都从研究背景、研究意义、关键技术和典型实例几方面做了讲解。
5、分析了医疗机器人的发展前景。

本书讲述医疗机器人的基本原理、基础知识和行业应用。
主要内容包括: 医疗机器人的特点及分类、医疗机器人的关键技术、医疗机器人临床应用的工程研究。从研究背景、研究意义、关键技术和典型实例几方面对各类医疗机器人做了分析讲解, 分析了医疗机器人的发展前景。
本书涉及的机器人包括: 医院服务机器人、神经外科机器人、血管介入机器人、腹腔镜机器人、胶囊机器人、前列腺微创介入机器人、乳腺微创介入机器人、骨科机器人、康复机器人、全口义齿排牙机器人、正畸弓丝弯制机器人等。
本书内容清晰, 系统性强, 不仅可以作为医疗机器人技术的前沿参考书, 帮助医疗机器人和生物医学工程领域的研究人员、学生和技术人员巩固基本原理与基本知识, 了解业界前沿技术, 还适合临床医学领域的医生了解相关工程实践。

姜金刚，哈尔滨理工大学，副教授，工学博士，校青年拔尖创新人才，省技术创新方法研究会理事，国家自然科学基金同行评议专家。主要研究领域为口腔修复机器人、教育机器人、仿生机器人、高压静电纺丝和TRIZ的相关理论和应用。在研科研项目5项、完成科研项目12项，发表论文48篇(其中被SCI收录12篇、EI收录34篇)，编写教材2部、授权专利89项、其中发明专利10项。任2017年机械工程进展杂志客座主编，国家自然科学基金同行评议专家，IEEE Transactions on Industrial Electronics, International Journal of Medical Robotics and Computer Assisted Surgery, Robotica, Journal of Intelligent and Fuzzy Systems, Industrial Robot: An International Journal, Computers in Biology and Medicine, Journal of Medical Systems, Chinese Journal of Mechanical Engineering, Materials and Design, Journal of Intelligent Manufacturing等SCI检索和机器人自动化学报, Recent Patents on Mechanical Engineering, Journal of Automation and Control Engineering等EI检索国际期刊审稿人。

第1 章 医疗机器人的特点及分类 / 1
1.1 医疗机器人的基本概念 / 1
1.2 医疗机器人的特点 / 2
1.2.1 概述 / 3
1.2.2 医疗机器人的应用优点 / 3
1.2.3 医疗机器人未来发展的趋势 / 3
1.3 医疗机器人的结构 / 4
1.3.1 机器人系统的组成 / 4
1.3.2 医疗机器人的分类 / 5
参考文献 / 21

第2 章 医疗机器人的关键技术 / 23
2.1 远程手术技术 / 23
2.1.1 远程手术技术的背景 / 23
2.1.2 远程手术的基本定义 / 23
2.1.3 远程手术的运用实例 / 24
2.2 手术导航技术 / 25
2.2.1 手术导航技术的背景 / 25
2.2.2 手术导航技术的基本定义 / 26
2.2.3 手术导航技术的运用实例 / 28
2.3 人机交互技术 / 28
2.3.1 人机交互技术的背景 / 28
2.3.2 人机交互的基本概念 / 30
2.3.3 人机交互的运用实例 / 31
2.4 辅助介入治疗技术 / 33
2.4.1 辅助介入治疗技术的背景 / 33
2.4.2 辅助介入治疗技术的基本定义 / 34
2.4.3 辅助介入治疗技术的应用实例 / 34
参考文献 / 35

第3 章 医院服务机器人 / 36
3.1 引言 / 36
3.1.1 医院服务机器人的研究背景 / 36
3.1.2 医院服务机器人的研究意义 / 37
3.2 医院服务机器人的研究现状 / 37
3.3 医院服务机器人的关键技术分析 / 40
3.3.1 医院服务机器人室内导航技术 / 40
3.3.2 医院服务机器人的定位与避障技术 / 43
3.3.3 医院服务机器人路径规划问题 / 47
3.4 医院服务机器人的典型实例 / 50
3.4.1 移动式医院服务机器人 / 50
3.4.2 自动化药房 / 53
参考文献 / 56

第4 章 神经外科机器人 / 58
4.1 引言 / 58
4.1.1 神经外科机器人的研究背景 / 58
4.1.2 神经外科机器人的研究意义 / 59
4.2 神经外科机器人的研究现状 / 59
4.2.1 立体定向神经外科 / 59
4.2.2 功能性神经外科及癫痫病灶定位 / 62
4.2.3 内镜脑外科 / 63
4.2.4 神经外科肿瘤学 / 65
4.2.5 周围神经手术 / 65
4.2.6 其他神经外科应用 / 66
4.3 神经外科机器人的关键技术 / 66
4.3.1 神经外科导航系统与定位技术 / 66
4.3.2 神经外科机器人远程交互技术 / 69
4.3.3 神经外科机器人精准定位技术 / 69
4.4 神经外科机器人实施实例 / 70
4.4.1 Neuroarm 手术系统 / 70
4.4.2 ROSA 机器人辅助系统 / 73
参考文献 / 77

第5 章 血管介入机器人 / 80
5.1 引言 / 80
5.1.1 血管介入机器人的研究背景 / 80
5.1.2 血管介入机器人的研究意义 / 83
5.2 血管介入机器人的研究现状 / 83
5.3 血管介入机器人的关键技术 / 93
5.3.1 血管介入机器人机械结构 / 93
5.3.2 血管介入机器人导航技术 / 94
5.3.3 血管介入机器人的安全 / 95
5.3.4 基于虚拟技术的手术模拟 / 96
5.4 应用实例 / 100
参考文献 / 104

第6 章 腹腔镜机器人 / 107
6.1 引言 / 107
6.1.1 腹腔镜机器人的研究背景 / 107
6.1.2 腹腔镜机器人的研究意义 / 108
6.2 腹腔镜机器人的研究现状 / 109
6.2.1 腹腔镜机器人的国外研究现状 / 109
6.2.2 腹腔镜机器人的国内研究现状 / 115
6.3 腹腔镜机器人的关键技术 / 117
6.3.1 腹腔镜机器人持镜手臂设计 / 117
6.3.2 腹腔镜机器人的运动规划及控制技术 / 118
6.3.3 腹腔镜机器人的自动导航方法 / 119
6.3.4 腹腔镜机器人的空间位置确定 / 121
6.3.5 腹腔镜机器人的虚拟现实技术 / 122
6.4 腹腔镜机器人的介入实例 / 123
6.4.1 da Vinci 系统 / 123
6.4.2 “妙手” 系统 / 126
6.5 未来展望 / 128
参考文献 / 130

第7 章 胶囊机器人134
7.1 引言 / 134
7.1.1 胶囊机器人的研究背景 / 134
7.1.2 胶囊机器人的研究意义 / 135
7.2 胶囊机器人的研究现状 / 136
7.2.1 被动式胶囊机器人 / 136
7.2.2 主动式胶囊机器人 / 138
7.3 胶囊机器人的关键技术 / 142
7.3.1 胶囊机器人的微型化技术 / 142
7.3.2 胶囊机器人的密封技术 / 142
7.3.3 胶囊机器人的能源供给技术 / 143
7.3.4 胶囊机器人的驱动技术 / 146
7.3.5 胶囊机器人的定位与智能控制 / 149
7.4 胶囊内镜机器人实施实例 / 150
7.4.1 PillCam 胶囊机器人 / 150
7.4.2 OMOM 胶囊内镜机器人 / 153
参考文献 / 156

第8 章 前列腺微创介入机器人 / 160
8.1 引言 / 160
8.1.1 前列腺微创介入机器人的研究背景 / 160
8.1.2 前列腺微创介入机器人的研究意义 / 162
8.2 前列腺微创介入机器人的研究现状 / 162
8.3 前列腺微创介入机器人的关键技术 / 168
8.3.1 前列腺MRI 图像的轮廓分割 / 168
8.3.2 前列腺微创介入机器人构型 / 171
8.3.3 前列腺微创介入机器人穿刺特性 / 175
8.3.4 前列腺微创介入机器人运动规划 / 176
8.3.5 前列腺微创介入机器人的精确控制 / 180
8.4 前列腺微创介入机器人介入实例 / 187
参考文献 / 192

第9 章 乳腺微创介入机器人 / 196
9.1 引言 / 196
9.1.1 乳腺微创介入机器人的研究背景 / 196
9.1.2 乳腺微创介入机器人的研究意义 / 197
9.2 乳腺微创介入机器人的研究现状 / 197
9.3 乳腺微创介入机器人的关键技术 / 200
9.3.1 乳腺微创介入机器人的兼容性 / 200
9.3.2 乳腺微创介入机器人构型 / 204
9.3.3 乳腺微创介入机器人穿刺针—组织作用机理 / 206
9.3.4 乳腺微创介入机器人路径规划 / 211
9.3.5 乳腺微创介入机器人的精确控制 / 211
9.4 乳腺微创介入机器人介入实例 / 213
参考文献 / 218

第10 章 骨科机器人 / 220
10.1 引言 / 220
10.1.1 骨科机器人的研究背景 / 220
10.1.2 骨科机器人的研究意义 / 221
10.2 骨科机器人的研究现状 / 222
10.2.1 关节外科骨科机器人 / 222
10.2.2 整骨骨科机器人 / 223
10.2.3 脊柱外科骨科机器人 / 224
10.2.4 创伤骨科机器人 / 226
10.3 骨科机器人的关键技术 / 227
10.3.1 骨科机器人的机械系统 / 227
10.3.2 骨科机器人的计算机辅助导航系统 / 228
10.3.3 骨科机器人的人机协同系统 / 232
10.4 骨科机器人实施实例 / 235
参考文献 / 239

第11 章 康复机器人 / 242
11.1 引言 / 242
11.1.1 康复机器人的研究背景 / 242
11.1.2 康复机器人的研究意义 / 243
11.2 康复机器人的研究现状 / 243
11.2.1 上肢康复机器人研究现状 / 243
11.2.2 下肢康复机器人发展状况 / 246
11.2.3 我国康复机器人发展状况 / 248
11.3 康复机器人关键技术 / 251
11.3.1 康复机器人系统设计分析 / 251
11.3.2 康复机器人控制策略 / 253
11.3.3 康复机器人运动轨迹规划方法 / 257
11.4 康复机器人的典型实例 / 259
参考文献 / 261

第12 章 全口义齿排牙机器人 / 264
12.1 引言 / 264
12.1.1 全口义齿排牙机器人的研究背景 / 264
12.1.2 全口义齿排牙机器人的研究意义 / 265
12.2 全口义齿排牙机器人的研究现状 / 265
12.2.1 全口义齿排牙机器人的国外研究现状 / 265
12.2.2 全口义齿排牙机器人的国内研究现状 / 267
12.3 全口义齿排牙机器人关键技术 / 268
12.3.1 义齿模型的三维重建 / 268
12.3.2 全口义齿排牙规则的数字化表达 / 271
12.3.3 全口义齿牙弓曲线 / 276
12.3.4 全口义齿排牙机器人机械结构 / 279
12.3.5 全口义齿排牙机器人的精确运动控制 / 281
12.4 全口义齿排牙机器人排牙实例 / 284
12.4.1 单操作机全口义齿排牙机器人 / 286
12.4.2 多操作机全口义齿排牙机器人 / 287
参考文献 / 288

第13 章 正畸弓丝弯制机器人 / 292
13.1 引言 / 292
13.1.1 正畸弓丝弯制机器人的研究背景 / 292
13.1.2 正畸弓丝弯制机器人的研究意义 / 293
13.2 正畸弓丝弯制机器人的研究现状 / 294
13.3 正畸弓丝弯制机器人的关键技术 / 296
13.3.1 正畸弓丝的数字化表达 / 296
13.3.2 正畸弓丝弯制机器人结构 / 299
13.3.3 正畸弓丝翘曲回弹机理 / 301
13.3.4 正畸弓丝弯制机器人控制规划 / 308
13.3.5 机器人正畸弓丝弯制程序生成方法 / 314
13.4 正畸弓丝弯制机器人的典型实例 / 318
13.4.1 弓丝弯制机器人实验系统 / 318
13.4.2 实验用例的选择 / 320
13.4.3 澳丝弯制实验结果 / 320
参考文献 / 321

第14 章 医疗机器人的发展 / 324
14.1 政策法规分析 / 324
14.2 市场分析 / 325
14.3 产业链结构分析 / 328
14.4 技术分析 / 331
14.5 未来发展方向 / 333
参考文献 / 335

索引 / 337

制造业是国民经济的主体，是立国之本、兴国之器、强国之基。近十年来，我国制造业持续快速发展，综合实力不断增强，国际地位得到大幅提升，已成为世界制造业规模最大的国家。但我国仍处于工业化进程中，大而不强的问题突出，与先进国家相比还有较大差距。为解决制造业大而不强、自主创新能力弱、关键核心技术与高端装备对外依存度高等制约我国发展的问题，国务院于2015 年5 月8 日发布了“中国制造2025”国家规划。随后，工信部发布了“中国制造2025”规划，提出了我国制造业“三步走”的强国发展战略及2025 年的奋斗目标、指导方针和战略路线，制定了九大战略任务、十大重点发展领域。2016 年8 月19 日，工信部、国家发展改革委、科技部、财政部四部委联合发布了“中国制造2025”制造业创新中心、工业强基、绿色制造、智能制造和高端装备创新五大工程实施指南。
为了响应党中央、国务院做出的建设制造强国的重大战略部署，各地政府、企业、科研部门都在进行积极的探索和部署。加快推动新一代信息技术与制造技术融合发展，推动我国制造模式从“中国制造”向“中国智造”转变，加快实现我国制造业由大变强，正成为我们新的历史使命。当前，信息革命进程持续快速演进，物联网、云计算、大数据、人工智能等技术广泛渗透于经济社会各个领域，信息经济繁荣程度成为国家实力的重要标志。增材制造（3D 打印）、机器人与智能制造、控制和信息技术、人工智能等领域技术不断取得重大突破，推动传统工业体系分化变革，并将重塑制造业国际分工格局。制造技术与互联网等信息技术融合发展，成为新一轮科技革命和产业变革的重大趋势和主要特征。在这种中国制造业大发展、大变革背景之下，化学工业出版社主动顺应技术和产业发展趋势，组织出版《“中国制造2025”出版工程》丛书可谓勇于引领、恰逢其时。
《“中国制造2025”出版工程》丛书是紧紧围绕国务院发布的实施制造强国战略的第一个十年的行动纲领——“中国制造2025”的一套高水平、原创性强的学术专著。丛书立足智能制造及装备、控制及信息技术两大领域，涵盖了物联网、大数据、3D 打印、机器人、智能装备、工业网络安全、知识自动化、人工智能等一系列核心技术。丛书的选题策划紧密结合“中国制造2025”规划及11 个配套实施指南、行动计划或专项规划，每个分册针对各个领域的一些核心技术组织内容，集中体现了国内制造业领域的技术发展成果，旨在加强先进技术的研发、推广和应用，为“中国制造2025”行动纲领的落地生根提供了有针对性的方向引导和系统性的技术参考。
这套书集中体现以下几大特点：
首先，丛书内容都力求原创，以网络化、智能化技术为核心，汇集了许多前沿科技，反映了国内外最新的一些技术成果，尤其使国内的相关原创性科技成果得到了体现。这些图书中，包含了获得国家与省部级诸多科技奖励的许多新技术，因此，图书的出版对新技术的推广应用很有帮助！ 这些内容不仅为技术人员解决实际问题，也为研究提供新方向、拓展新思路。
其次，丛书各分册在介绍相应专业领域的新技术、新理论和新方法的同时，优先介绍有应用前景的新技术及其推广应用的范例，以促进优秀科研成果向产业的转化。
丛书由我国控制工程专家孙优贤院士牵头并担任编委会主任，吴澄、王天然、郑南宁等多位院士参与策划组织工作，众多长江学者、杰青、优青等中青年学者参与具体的编写工作，具有较高的学术水平与编写质量。
相信本套丛书的出版对推动“中国制造2025”国家重要战略规划的实施具有积极的意义，可以有效促进我国智能制造技术的研发和创新，推动装备制造业的技术转型和升级，提高产品的设计能力和技术水平，从而多角度地提升中国制造业的核心竞争力。
中国工程院院士