机器人手术导航系统概述

Struggle

1、机器人手术导航系统的开发思路
外科手术中，临床医生能根据导航影像+熟练的手感，实时判断病灶和手术器械之前的相对位置，尤其解剖结构复杂的手术，从而降低手术的风险。设立手术导航机器人系统，核心点就在于，机器代替人的眼睛和手感，实时判断病灶和手术器械的相对位置，手术方案的思考已由医生通过手术路径规划设定。
2、系统的基本构成：（从数据采集、处理、操控、执行）

                               
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A、位置探测器：这是一个数字化的坐标定位系统，用于跟踪手术器械、病灶的位置。模块的关键是，解决手术器械定位、病灶定位。因为手术器械是一种特定的材质、需要在空间上不断动作，同时，病灶也在随着身体呼吸等在活动。相当于是两个动态对动态的无序运动的东西，我们在手术时需要进行精准地定位和控制。这无疑很困难。
思考：为手术定位能不能生产出一种器械，它可以在【内脏手术】中进行实时定位、还可以用来手术消融病灶？
B、图像处理工作站：负责实时图像的存储、处理和三维显示。该模块的关键是，坐标变换精度。因为一方面采集到的定位数据各有各自的坐标系和数据格式，需要变换到统一的坐标系下，并在2D或3D地显示给人看（因为人不放心，肯定要来监督整个手术过程的）。另一方面，需要将手术规划方案和三维图像的坐标变换一致，动态产生指令，并转化成机械臂可以执行的坐标指令。
C、可多维操作的机械臂：这部分是通过接受手术指令，操作手术器械，完成相应的动作。该模块的关键，是机械臂的灵活、快速操作，上位控制机（可以是上面的图形工作站）显然需要很好的对接机械臂的操作接口。
3、手术系统的工作流程
可以简单按时间顺序：术前规划、术中导航、术后评估。手术系统主要关注的是术中导航，因为术前规划，医生的作用较大，而术后评估又是另一个研究的领域了。
 
4、与机器人手术系统主题相关的研究方向
A、检测成像及三维显示：从CT、MRI、PET等，在研究如何能让成像更加全面、清晰、直观、立体。
B、图像检测和分割：要从上述的2D或3D成像数据中，借助图像处理的算法，能清晰识别出来组织、器官、肌肉、骨骼、血管等，以及分割出来目标病灶。能辅助医生的识别，也能辅助机器人的计算。
C、图像配准和融合：将两个不同的医学图像，通过一系列的空间变换，在空间上实现显示对象的一致，将他们各自成像技术的优势结合起来。涉及到2D-3D、3D-3D和3D-2D以及术前与术中的医学图像配准问题，这部分的研究热点是，基于深度学习的医学图像配准。
D、数字重建影像（Digitally reconstructed radiographs，DRR）：利用上述成像系统形成的数据，重建三维的手术环境，借助三维显示设备，实时展示给人来监督。如果是人通过虚拟系统，控制机械臂的操作的话，还需要解决人机交互、虚拟系统与机械臂实体操作系统交互的问题。
E、手术器械检测：没入人体的手术器械，现在常用超声成像技术进行检测，人眼可以实时看到。我们需要转换成计算机可以识别的针的位置、位姿等信息，这需要借助图像分割技术，快速、准确、清晰地告诉计算机。研究热点是基于深度学习的目标检测。
F、呼吸运动建模：人体器官的呼吸运动情况，能根据采集的信息，预测呼吸运动，计算机识别之后，判断进行精准手术的时机。
G、手术机械臂的操作（完成机器人路径规划）、3D虚拟显示及交互等作为系统需要对接的系统，对接口要有一定了解。

来源：https://blog.csdn.net/qq_35345719/article/details/104777823
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