脊柱微創(chuàng)手術(shù)能減少對患者正常組織的破壞，降低手術(shù)創(chuàng)傷，實現(xiàn)較小的手術(shù)切口，從而保護神經(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)用機器人實施脊柱微創(chuàng)手術(shù)，可以充分利用機器人定位精度高、手術(shù)切口小、易于控制、穩(wěn)定性好的優(yōu)點，是脊柱微創(chuàng)手術(shù)發(fā)展的方向之一。當(dāng)前中國在醫(yī)療領(lǐng)域投入使用的脊柱手術(shù)機器人的種類和數(shù)量均較少，主要依賴進(jìn)口設(shè)備，機器人的購置成本和使用成本依然較高。微創(chuàng)手術(shù)機器人的設(shè)計依然面臨較大挑戰(zhàn)。
脊柱在人體皮下，要實時、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形臂實時觀測到患者椎骨，從而便于機器人實時手術(shù)，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(shù)的難點主要包括三方面：
第一，術(shù)野受限，醫(yī)生無法獲得患者個體的準(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；第三，嚴(yán)重依賴術(shù)中CT圖像，射線累積還會對醫(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)的機器人，是實現(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)機器人主流的原因。
本書聚焦脊柱微創(chuàng)手術(shù)并聯(lián)機器人設(shè)計方法，主要包括6章內(nèi)容，概述如下：
第1章介紹了脊柱手術(shù)機器人的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、脊柱手術(shù)機器人分類、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)機器人設(shè)計，介紹了脊柱手術(shù)并聯(lián)機器人的設(shè)計要求、技術(shù)設(shè)計路線、并聯(lián)機構(gòu)選型、相關(guān)機器人基本參數(shù)確定、并聯(lián)機構(gòu)設(shè)計方法、機器人驅(qū)動及傳動部件選型。
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)機器人運動學(xué)，具體內(nèi)容包括脊柱微創(chuàng)手術(shù)并聯(lián)機器人逆向運動學(xué)、基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的脊柱微創(chuàng)手術(shù)并聯(lián)機器人正向運動學(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章介紹了基于對偶四元數(shù)的脊柱微創(chuàng)手術(shù)并聯(lián)機器人運動學(xué)，具體內(nèi)容包括正向運動學(xué)和逆向運動學(xué)。
第5章介紹了脊柱微創(chuàng)手術(shù)并聯(lián)機器人運動學(xué)仿真及工作空間分析，具體內(nèi)容包括三維模型的建立、運動學(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)機器人的公差分配及優(yōu)化設(shè)計，具體內(nèi)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(biāo)與約束、優(yōu)化設(shè)計方法及優(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劃項目脊柱微創(chuàng)手術(shù)并聯(lián)機器人的關(guān)鍵技術(shù)研究(項目編號：16090503700)的支持，在此一并表示感謝。
本書可供高校或科研機構(gòu)機器人工程、機電一體化技術(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)療機器人技術(shù)的工程技術(shù)人員參考。
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