脊柱微創(chuàng)手術(shù)能減少對(duì)患者正常組織的破壞，降低手術(shù)創(chuàng)傷，實(shí)現(xiàn)較小的手術(shù)切口，從而保護(hù)神經(jīng)和血管等正常組織，是目前脊柱手術(shù)發(fā)展的主要方向。應(yīng)用機(jī)器人實(shí)施脊柱微創(chuàng)手術(shù)，可以充分利用機(jī)器人定位精度高、手術(shù)切口小、易于控制、穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)，是脊柱微創(chuàng)手術(shù)發(fā)展的方向之一。當(dāng)前中國(guó)在醫(yī)療領(lǐng)域投入使用的脊柱手術(shù)機(jī)器人的種類和數(shù)量均較少，主要依賴進(jìn)口設(shè)備，機(jī)器人的購(gòu)置成本和使用成本依然較高。微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人的設(shè)計(jì)依然面臨較大挑戰(zhàn)。
脊柱在人體皮下，要實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地確定脊柱上椎體的位置，需要基于X射線C形臂獲得脊柱的三維影像。理論上，可以用C形臂實(shí)時(shí)觀測(cè)到患者椎骨，從而便于機(jī)器人實(shí)時(shí)手術(shù)，但這種方式使得患者和醫(yī)生長(zhǎng)時(shí)間接受輻射，影響生命健康�？偠�言之，實(shí)施脊柱微創(chuàng)手術(shù)的難點(diǎn)主要包括三方面：
第一，術(shù)野受限，醫(yī)生無法獲得患者個(gè)體的準(zhǔn)確解剖結(jié)構(gòu)信息；第二，缺乏手
術(shù)器械的定位導(dǎo)航信息，增加了手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)；第三，嚴(yán)重依賴術(shù)中CT圖像，射線累積還會(huì)對(duì)醫(yī)生身體產(chǎn)生嚴(yán)重?fù)p害。為解決上述問題，需要將機(jī)器人技術(shù)、導(dǎo)航技術(shù)、CT圖像技術(shù)，與醫(yī)生的醫(yī)術(shù)和經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合，從而達(dá)到微創(chuàng)手術(shù)的目的。
脊柱手術(shù)不同于其他外科手術(shù)，主要是椎體的位置難以在手術(shù)過程中保持固定不變，脊柱手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)需要保證患者固定，或者將標(biāo)志固定在脊柱上以實(shí)現(xiàn)連續(xù)脊柱定位，這種方法增加了手術(shù)過程的復(fù)雜性，影響了手術(shù)效率。因此，脊柱手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)用于脊椎手術(shù)方面還處于嘗試階段。但開發(fā)適用于脊柱微創(chuàng)手術(shù)的機(jī)器人，是實(shí)現(xiàn)微創(chuàng)手術(shù)的前提。這也是當(dāng)前以色列Mazor公司的Renaissance成為脊柱手術(shù)機(jī)器人主流的原因。
本書聚焦脊柱微創(chuàng)手術(shù)并聯(lián)機(jī)器人設(shè)計(jì)方法，主要包括6章內(nèi)容，概述如下：
第1章介紹了脊柱手術(shù)機(jī)器人的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀、脊柱手術(shù)機(jī)器人分類、本書主要內(nèi)容及研究意義。
第2章研究脊柱微創(chuàng)手術(shù)并聯(lián)機(jī)器人設(shè)計(jì)，介紹了脊柱手術(shù)并聯(lián)機(jī)器人的設(shè)計(jì)要求、技術(shù)設(shè)計(jì)路線、并聯(lián)機(jī)構(gòu)選型、相關(guān)機(jī)器人基本參數(shù)確定、并聯(lián)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方法、機(jī)器人驅(qū)動(dòng)及傳動(dòng)部件選型。
第3章介紹了基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的脊柱微創(chuàng)手術(shù)并聯(lián)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)，具體內(nèi)容包括脊柱微創(chuàng)手術(shù)并聯(lián)機(jī)器人逆向運(yùn)動(dòng)學(xué)、基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的脊柱微創(chuàng)手術(shù)并聯(lián)機(jī)器人正向運(yùn)動(dòng)學(xué)(包括解析解法和基于遺傳算法優(yōu)化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)值解法)。
第4章介紹了基于對(duì)偶四元數(shù)的脊柱微創(chuàng)手術(shù)并聯(lián)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)，具體內(nèi)容包括正向運(yùn)動(dòng)學(xué)和逆向運(yùn)動(dòng)學(xué)。
第5章介紹了脊柱微創(chuàng)手術(shù)并聯(lián)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真及工作空間分析，具體內(nèi)容包括三維模型的建立、運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真、工作空間分析。
第6章介紹了脊柱微創(chuàng)手術(shù)并聯(lián)機(jī)器人的公差分配及優(yōu)化設(shè)計(jì)，具體內(nèi)容包括尺寸公差對(duì)并聯(lián)單鏈的影響、形位公差的影響、公差優(yōu)化目標(biāo)與約束、優(yōu)化設(shè)計(jì)方法及優(yōu)化結(jié)果。
研究生張英馳、方義勝、劉君、于文佳參加了書中相關(guān)內(nèi)容的研究工作；本書中的相關(guān)研究得到了上海市科委科研計(jì)劃項(xiàng)目脊柱微創(chuàng)手術(shù)并聯(lián)機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)研究(項(xiàng)目編號(hào)：16090503700)的支持，在此一并表示感謝。
本書可供高校或科研機(jī)構(gòu)機(jī)器人工程、機(jī)電一體化技術(shù)等相關(guān)專業(yè)的研究生閱讀參考，也可供學(xué)習(xí)和掌握醫(yī)療機(jī)器人技術(shù)的工程技術(shù)人員參考。
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