脊柱微創(chuàng)手術能減少對患者正常組織的破壞，降低手術創(chuàng)傷，實現(xiàn)較小的手術切口，從而保護神經和血管等正常組織，是目前脊柱手術發(fā)展的主要方向。應用機器人實施脊柱微創(chuàng)手術，可以充分利用機器人定位精度高、手術切口小、易于控制、穩(wěn)定性好的優(yōu)點，是脊柱微創(chuàng)手術發(fā)展的方向之一。當前中國在醫(yī)療領域投入使用的脊柱手術機器人的種類和數(shù)量均較少，主要依賴進口設備，機器人的購置成本和使用成本依然較高。微創(chuàng)手術機器人的設計依然面臨較大挑戰(zhàn)。
脊柱在人體皮下，要實時、準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形臂實時觀測到患者椎骨，從而便于機器人實時手術，但這種方式使得患者和醫(yī)生長時間接受輻射，影響生命健康�？偠�言之，實施脊柱微創(chuàng)手術的難點主要包括三方面：
第一，術野受限，醫(yī)生無法獲得患者個體的準確解剖結構信息；第二，缺乏手
術器械的定位導航信息，增加了手術風險；第三，嚴重依賴術中CT圖像，射線累積還會對醫(yī)生身體產生嚴重損害。為解決上述問題，需要將機器人技術、導航技術、CT圖像技術，與醫(yī)生的醫(yī)術和經驗相結合，從而達到微創(chuàng)手術的目的。
脊柱手術不同于其他外科手術，主要是椎體的位置難以在手術過程中保持固定不變，脊柱手術導航系統(tǒng)需要保證患者固定，或者將標志固定在脊柱上以實現(xiàn)連續(xù)脊柱定位，這種方法增加了手術過程的復雜性，影響了手術效率。因此，脊柱手術導航系統(tǒng)用于脊椎手術方面還處于嘗試階段。但開發(fā)適用于脊柱微創(chuàng)手術的機器人，是實現(xiàn)微創(chuàng)手術的前提。這也是當前以色列Mazor公司的Renaissance成為脊柱手術機器人主流的原因。
本書聚焦脊柱微創(chuàng)手術并聯(lián)機器人設計方法，主要包括6章內容，概述如下：
第1章介紹了脊柱手術機器人的國內外研究現(xiàn)狀、脊柱手術機器人分類、本書主要內容及研究意義。
第2章研究脊柱微創(chuàng)手術并聯(lián)機器人設計，介紹了脊柱手術并聯(lián)機器人的設計要求、技術設計路線、并聯(lián)機構選型、相關機器人基本參數(shù)確定、并聯(lián)機構設計方法、機器人驅動及傳動部件選型。
第3章介紹了基于神經網(wǎng)絡的脊柱微創(chuàng)手術并聯(lián)機器人運動學，具體內容包括脊柱微創(chuàng)手術并聯(lián)機器人逆向運動學、基于神經網(wǎng)絡的脊柱微創(chuàng)手術并聯(lián)機器人正向運動學(包括解析解法和基于遺傳算法優(yōu)化神經網(wǎng)絡數(shù)值解法)。
第4章介紹了基于對偶四元數(shù)的脊柱微創(chuàng)手術并聯(lián)機器人運動學，具體內容包括正向運動學和逆向運動學。
第5章介紹了脊柱微創(chuàng)手術并聯(lián)機器人運動學仿真及工作空間分析，具體內容包括三維模型的建立、運動學仿真、工作空間分析。
第6章介紹了脊柱微創(chuàng)手術并聯(lián)機器人的公差分配及優(yōu)化設計，具體內容包括尺寸公差對并聯(lián)單鏈的影響、形位公差的影響、公差優(yōu)化目標與約束、優(yōu)化設計方法及優(yōu)化結果。
研究生張英馳、方義勝、劉君、于文佳參加了書中相關內容的研究工作；本書中的相關研究得到了上海市科委科研計劃項目脊柱微創(chuàng)手術并聯(lián)機器人的關鍵技術研究(項目編號：16090503700)的支持，在此一并表示感謝。
本書可供高�；蚩蒲袡C構機器人工程、機電一體化技術等相關專業(yè)的研究生閱讀參考，也可供學習和掌握醫(yī)療機器人技術的工程技術人員參考。
作 者