機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)外文資料翻譯

南京理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)外文資料翻譯學(xué)院系）：機(jī)械工程學(xué)院專業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化姓名：學(xué)號(hào)：(用外文寫(xiě))外文出處：(用外文寫(xiě))附件：1.外文資料翻譯譯文；2.外文原文。指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)：翻譯基本正確，中文敘述通順。達(dá)到教學(xué)要求。簽名：年月日注：請(qǐng)將該封面與附件裝訂成冊(cè)。

附件1：外文資料翻譯譯文外科手術(shù)機(jī)器人的現(xiàn)狀：臨床應(yīng)用和技術(shù)挑戰(zhàn)摘要從第一個(gè)用于外科手術(shù)的機(jī)器人被記錄以來(lái)，15年已經(jīng)過(guò)去了。而醫(yī)用機(jī)器人還沒(méi)有出現(xiàn)大規(guī)模使用的情況，盡管在提高醫(yī)用能力和手術(shù)精度方面還有很大的潛力，但臨床使用的機(jī)器人還比較少。在這個(gè)調(diào)查報(bào)告中，我們以對(duì)醫(yī)用機(jī)器人的發(fā)展史的簡(jiǎn)要回顧為開(kāi)端，接下來(lái)是對(duì)機(jī)器人在臨床使用情況的一個(gè)概述，然后是對(duì)于臨床應(yīng)用的討論，這里包括了神經(jīng)外科，整形外科，泌尿科，面部整形外科,放射外科，眼科和心臟外科手術(shù)。我們將關(guān)于醫(yī)用機(jī)器人的技術(shù)挑戰(zhàn)和研究領(lǐng)域總結(jié)成一張表,包括系統(tǒng)構(gòu)建，軟件設(shè)計(jì),機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì),圖像系統(tǒng)，使用者接口和安全協(xié)題等幾部分。關(guān)鍵字醫(yī)用機(jī)器人,回顧文章，技術(shù)挑戰(zhàn)，神經(jīng)外科，整形外科,泌尿科，面部整形外科放射外科，眼科，心臟外科1.0介紹醫(yī)用機(jī)器人在提高外科醫(yī)生的手術(shù)能力和手術(shù)精度方面存在著極大的潛力，而我們對(duì)于醫(yī)用機(jī)器人的應(yīng)用僅僅處于起步階段，關(guān)于它的實(shí)用性、安全性、費(fèi)用等問(wèn)題也擺在了我們的面前，盡管有許多商業(yè)公司賣出了一些醫(yī)用機(jī)器人，但總的裝備數(shù)量還很少，市場(chǎng)仍然保持著緩慢增長(zhǎng)的趨勢(shì)。不象工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域，在70年代到80年代增長(zhǎng)迅速，醫(yī)用機(jī)器人還沒(méi)有達(dá)到大的使用規(guī)模。然而，可以堅(jiān)信，醫(yī)用機(jī)器人的在醫(yī)療領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)將明顯顯現(xiàn)出來(lái)，這將使它在醫(yī)療上的使用持續(xù)增加。依照美國(guó)機(jī)器人學(xué)會(huì)的定義：一個(gè)機(jī)器人就是“一種自動(dòng)的位置可控的具有可編程能力的多功能機(jī)械手，這種機(jī)械手有幾個(gè)關(guān)節(jié)，它能夠借助于可編程程序操作。成搬運(yùn)物料、零件工具或特定裝置，以執(zhí)行各種任務(wù)?！币徽f(shuō)到機(jī)器人我們也許會(huì)聯(lián)想到電影“星球大戰(zhàn)”中的R2D2，在這篇論文中我們將要遵守上面的定義。通過(guò)各個(gè)關(guān)節(jié)交替連接，機(jī)器人構(gòu)成了一個(gè)緊密聯(lián)系的鏈，這使機(jī)器人能夠從一環(huán)到另一環(huán)完成各種相關(guān)的運(yùn)動(dòng)[1]。機(jī)械手位于整個(gè)環(huán)節(jié)的末端，通常作為末端執(zhí)行器，機(jī)器人被一個(gè)電腦系統(tǒng)控制，電腦系統(tǒng)控制末端執(zhí)行器到達(dá)它的運(yùn)動(dòng)空間內(nèi)的相應(yīng)位置點(diǎn)和方向。這篇調(diào)察文章將點(diǎn)明醫(yī)療機(jī)器人的現(xiàn)狀通過(guò)幾個(gè)臨床的實(shí)例，在這篇文章中，我們著重講述機(jī)器人在外科手術(shù)中所扮演的角色，外科機(jī)器人系統(tǒng)并不意味著會(huì)代替醫(yī)生，而是為了加強(qiáng)醫(yī)師的手術(shù)能力，也有其他方面的醫(yī)用機(jī)器人，如康復(fù)機(jī)器人和縮微機(jī)器人，但在這里我們就不在贅述了。這篇文章并不是包羅萬(wàn)象的，而是對(duì)于這個(gè)領(lǐng)域作了一個(gè)概述，而將論述重點(diǎn)放在醫(yī)療機(jī)器人的歷史的發(fā)展和現(xiàn)代工作上。關(guān)于醫(yī)用機(jī)器人手術(shù)過(guò)程的其他幾篇文章也已經(jīng)被完成了，如：Davies[2]講述了醫(yī)療機(jī)器人的發(fā)展史并對(duì)研究者研究出的機(jī)器人按類型進(jìn)行了分類，Taylor[3]分析了醫(yī)療機(jī)器人的分類方法并發(fā)表了自己的分類方法，Troccaz[4]講述了機(jī)器人的發(fā)展史，描述了被動(dòng)的、半自動(dòng)的、全自動(dòng)的機(jī)器人系統(tǒng)，Howe[5]介紹了在整形外科、神經(jīng)外科和其他手術(shù)中圖像處理的運(yùn)用，特殊的觀點(diǎn)也是存在的，例如Caddedu[6]的泌尿科機(jī)器人。本論文是按下面的次序進(jìn)行的：第二段是簡(jiǎn)要的歷史概述，接下來(lái)第三段是臨床應(yīng)用情況的表格，表格中的應(yīng)用情況在后面進(jìn)行了敘述，第四段是研究情況和技術(shù)挑戰(zhàn)，第五段給出了結(jié)論。，2.0歷史概述醫(yī)用機(jī)器人是一個(gè)相對(duì)年輕的領(lǐng)域，醫(yī)療機(jī)器人的使用的第一個(gè)記錄出現(xiàn)在1985年[7]，在這個(gè)手術(shù)中機(jī)器人僅是一個(gè)簡(jiǎn)單的定位裝置，指引探針為大腦進(jìn)行活體檢查，一個(gè)52歲的男人被放在一張CT掃描儀上,目標(biāo)在CT圖像上被識(shí)別，并且機(jī)器人指引一個(gè)導(dǎo)向的管子，一根探針將要從管子中插入，不完美的是被使用的機(jī)器人是PUMA560工業(yè)機(jī)器人，考慮到機(jī)器人手術(shù)在接近人的時(shí)候的安全問(wèn)題，這個(gè)項(xiàng)目沒(méi)有繼續(xù)下去。不久之后，歐洲、亞洲、美國(guó)的研究小組也開(kāi)始對(duì)機(jī)器人在醫(yī)療方面的應(yīng)用進(jìn)行調(diào)查。在歐洲，倫敦Imperial學(xué)院的一個(gè)研究小組在Davies的指導(dǎo)下開(kāi)始開(kāi)發(fā)在前列腺方面的機(jī)器人[8]，法國(guó)的Grenoble大學(xué)的醫(yī)院的Benabid,Lavallee和他們的同事也開(kāi)始在神經(jīng)外科手術(shù)，例如活體檢視方面的研究，在亞洲，東京大學(xué)的Dohi發(fā)展了一個(gè)CT引導(dǎo)的探針插入操作者的原型[10].在美國(guó)，泰勒和在IBM的同事也開(kāi)始開(kāi)發(fā)后來(lái)名為ROBODOC的系統(tǒng)[11]。最近，有幾家商業(yè)公司和一些實(shí)驗(yàn)室在醫(yī)療機(jī)器人領(lǐng)域展開(kāi)了積極的工作，近期的努力已經(jīng)制造出了商業(yè)產(chǎn)品，例如Grenoble大學(xué)的醫(yī)院研制的合成外科機(jī)器人系統(tǒng)NeuroMate。3.0臨床應(yīng)用在醫(yī)學(xué)上有幾種方式區(qū)別機(jī)器人的使用，例如Taylor發(fā)明的區(qū)別方法就是通過(guò)機(jī)器人在醫(yī)療手術(shù)中所扮演的角色來(lái)區(qū)分，Taylor強(qiáng)調(diào)機(jī)器人作為與醫(yī)師協(xié)調(diào)合作的工具實(shí)現(xiàn)了對(duì)外科手術(shù)的干預(yù)，他把這個(gè)系統(tǒng)分為五個(gè)層次：盡管這種分類方法被用作為技術(shù)指導(dǎo)，在這篇論文中，我們選擇根據(jù)臨床應(yīng)用情況來(lái)對(duì)機(jī)器人進(jìn)行劃分，按應(yīng)用情況進(jìn)行劃分對(duì)使用者更有吸引力，表1是關(guān)于醫(yī)療機(jī)器人已經(jīng)應(yīng)用的7個(gè)領(lǐng)域的一張表，這張表并不意味著什么，但從這個(gè)領(lǐng)域中選擇的有代表性的研究小組和投資機(jī)構(gòu)給讀者關(guān)于這個(gè)領(lǐng)域一個(gè)概括的論述，“研究對(duì)象”一欄主要涉及是以人為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，還是以動(dòng)物、尸體或其他物體為研究對(duì)象。表1：臨床領(lǐng)域的應(yīng)用有代表性的機(jī)器人開(kāi)發(fā)應(yīng)用領(lǐng)域國(guó)家機(jī)構(gòu)/公司系統(tǒng)名稱研究對(duì)象參考文獻(xiàn)神經(jīng)外科瑞士Univ.Minerva人[12、13]神經(jīng)外科美國(guó)IntegratedSurgical/GrenobleNeuroMate人[14]神經(jīng)外科日本Univ.MRIcompatible組織樣本[15]整形外科美國(guó)IntegratedSurgicalROBODOC人[11]整形外科美國(guó)Georgetown/HopkinsPAKY/RCM尸體[16、17]整形外科美國(guó)Univ.ofTokyo/HopkinsPAKY/RCM影象該課題整形外科美國(guó)MarconiKawasaki豬該課題整形外科英國(guó)ImpericalCollegeAcrobot人該課題泌尿科美國(guó)ImpericalCollegeProbot人[18]泌尿科美國(guó)HopkinsPAKY/RCM人該課題Maxillofacial德國(guó)ChariteSurgiScope豬[19]Maxillofacial德國(guó)Karlscuhe/HeidelbergRX90豬[20]放射科美國(guó)AccuracyCyberKnife人[21]opthamology美國(guó)HopkinsSteady-Hand在發(fā)展[22]心臟外科美國(guó)IntuitiveSurgicaldsVinic人[23]心臟外科美國(guó)ComputerMotionZeus人[24]心臟外科法國(guó)GrenoblePADyC在發(fā)展該課題3.1神經(jīng)外科在歷史回顧中，這部分已經(jīng)被講述過(guò)，神經(jīng)外科是機(jī)器人最先應(yīng)得到臨床應(yīng)用的，仍然是當(dāng)今比較令人感興趣的科研課題，神經(jīng)外科立體手術(shù)機(jī)器人的應(yīng)用需要空間位置正確率和精確度，以保證使不必要傷害減少到最低的情況下，達(dá)到手術(shù)的目的。這個(gè)階段有三個(gè)有代表性的機(jī)器人系統(tǒng)：瑞士Lausanne大學(xué)的Minerva系統(tǒng)2.美國(guó)集成醫(yī)療系統(tǒng)的NeuroMate系統(tǒng)日本的Dohi和同事開(kāi)發(fā)的MRI并立機(jī)器人系統(tǒng)Minerva醫(yī)用外科機(jī)器人Minerva系統(tǒng)是為實(shí)現(xiàn)精確的探針定位而研制的最早的機(jī)器人系統(tǒng)之一，它是為了立體的腦組織手術(shù)而進(jìn)行設(shè)計(jì)的，它被限于CT掃描時(shí)工作，它被設(shè)計(jì)的目的是保證在連續(xù)的CT掃描時(shí)外科醫(yī)生能夠跟蹤工具的位置。NeuroMateTheNeuroMate是一個(gè)用于外科手術(shù)的六自由度機(jī)器人，它的開(kāi)發(fā)工作是由法國(guó)Grenoble大學(xué)醫(yī)院的Benabid,Lavallee,和他們的同事完成的，為了滿足立體手術(shù)的需要和解決對(duì)安全問(wèn)題的關(guān)注，原系統(tǒng)接下來(lái)又被二次開(kāi)發(fā)。MRIcompatiblerobot這個(gè)機(jī)器人很好的滿足了定位誤差小于的設(shè)計(jì)要求，該單元足夠小巧，最大高度491毫米，適合于直徑600毫米的MRI工作臺(tái)。33.2整形外科整形外科也較早的使用了機(jī)器人，在1992年它最先被用于臀部的修復(fù)手術(shù)。它的代表是ROBODOC系統(tǒng)。泌尿科主要用于泌尿系統(tǒng)的手術(shù)，主要代表是Imperial學(xué)院1998年設(shè)計(jì)的機(jī)器人。機(jī)器人還在眼科，面部整形，放射療法，心臟外科等方面得到了十分廣泛的應(yīng)用，這些在前面的列表中都已做了具體的說(shuō)明。（注：由于本文過(guò)長(zhǎng)，所以我將與課題無(wú)緊密聯(lián)系的幾種機(jī)器人的介紹和所有的圖片信息刪去了，特此說(shuō)明）4.0技術(shù)挑戰(zhàn)/研究領(lǐng)域雖然許多的不同臨床的領(lǐng)域正在被探究如第3節(jié)所記錄,那醫(yī)療機(jī)器人領(lǐng)域的研究還在它的幼年時(shí)期，而且我們剛好在這一個(gè)時(shí)代的開(kāi)始。只有很少一些商業(yè)公司存在，而且醫(yī)療機(jī)器人每年的銷售數(shù)字還比較少，部份的理由是醫(yī)學(xué)的環(huán)境是非常復(fù)雜的和新技術(shù)的介紹很困難。除此之外,一個(gè)醫(yī)療機(jī)器人工程的完成需要工程師和臨床醫(yī)生之間有良好的合作關(guān)系，但這種關(guān)系是不容易建立的。醫(yī)療機(jī)器人研究的技術(shù)挑戰(zhàn)和研究區(qū)域總體上說(shuō)包括系統(tǒng)部件的開(kāi)發(fā)和系統(tǒng)開(kāi)發(fā),對(duì)于系統(tǒng)部件,研究主要包括以下幾個(gè)方面:系統(tǒng)的構(gòu)建軟件的設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)圖象接口設(shè)計(jì)操作界面安全問(wèn)題（2/24/2002機(jī)器人調(diào)查:Cleary/Nguyen第21頁(yè)）對(duì)于醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)來(lái)說(shuō),測(cè)試平臺(tái)的開(kāi)發(fā)是推動(dòng)該領(lǐng)域發(fā)展的關(guān)鍵,這些測(cè)試平臺(tái)還可以用來(lái)加強(qiáng)工程師和醫(yī)師之間的交流,然而至少在美國(guó)這些平臺(tái)是很難得到開(kāi)發(fā)資金的,像NIH和NSF等政府資金管理機(jī)構(gòu)很難為這些項(xiàng)目提供資金就如同它們很少調(diào)整向基礎(chǔ)研究提供資金一樣,而更不用說(shuō)應(yīng)用研究和開(kāi)發(fā)了.制造業(yè)者也不是很感興趣，因?yàn)獒t(yī)用機(jī)器人的投資的環(huán)境和投資回報(bào)還不確定，盡管一些系統(tǒng)已經(jīng)被食品藥物管理局核準(zhǔn)，醫(yī)用機(jī)器人的規(guī)范劃問(wèn)題還沒(méi)有完全被探究，這些因素仍然阻礙這個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展，在下面的文章中，我將對(duì)上面列出的六個(gè)系統(tǒng)組成部分進(jìn)行簡(jiǎn)要的論述。4.1系統(tǒng)的構(gòu)建隨著醫(yī)用機(jī)器人這個(gè)領(lǐng)域的不斷發(fā)展，隨著開(kāi)發(fā)原形系統(tǒng)的費(fèi)用和困難的降低，構(gòu)建一個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)是一個(gè)可行的步驟，正如Taylor在Steady-Hand機(jī)器人的設(shè)計(jì)中所強(qiáng)調(diào)的那樣，系統(tǒng)構(gòu)建應(yīng)該強(qiáng)調(diào)模塊化，尤其是機(jī)械設(shè)計(jì)，電控系統(tǒng)，軟件系統(tǒng)的模塊化，模塊化的設(shè)計(jì)方法在Stoianovici[37]的泌尿科機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室也被提出過(guò)，在這里為了一些精密的手術(shù)，許多機(jī)械模塊被開(kāi)發(fā)。軟件設(shè)計(jì)可能包括一個(gè)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的用于醫(yī)療機(jī)器人的軟件環(huán)境的發(fā)展是一個(gè)重要的挑戰(zhàn)，許多開(kāi)發(fā)醫(yī)用機(jī)器人系統(tǒng)的研究者市場(chǎng)上銷售的軟件包作為他們開(kāi)發(fā)的軟件的基礎(chǔ)，這種做法也許并不適合醫(yī)療機(jī)器人的開(kāi)發(fā)。然而這些軟件包低廉的價(jià)格和廣泛的通用性使它們極有吸引力，并且它們的很多程序（例如看門狗定時(shí)器,支持系統(tǒng),和錯(cuò)誤恢復(fù)程序）使系統(tǒng)更加穩(wěn)定，但是可以堅(jiān)信隨著上面提到的系統(tǒng)的構(gòu)建，一個(gè)適合于機(jī)械環(huán)境的健康的軟件環(huán)境將會(huì)做出實(shí)質(zhì)性的貢獻(xiàn)，然而對(duì)于不同的外科手術(shù)，這些軟件環(huán)境仍然要根據(jù)需要進(jìn)行修改，研究者應(yīng)該對(duì)于他們未來(lái)的工作有初步的認(rèn)識(shí)。機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)除了好的軟件設(shè)計(jì)，精巧的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)也會(huì)提高機(jī)器人在手術(shù)過(guò)程中的實(shí)用性，正如上文中的歷史回顧描述的那樣，第一個(gè)被記錄的醫(yī)療機(jī)器人運(yùn)用是對(duì)腦組織進(jìn)行手術(shù)，使用的是工業(yè)機(jī)器人PUMA，當(dāng)一些研究者提起工業(yè)機(jī)器人用于醫(yī)療手術(shù)時(shí)，作者和其他研究者都認(rèn)為專用的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)將更有利于它的應(yīng)用(見(jiàn)2/24/2002機(jī)器人調(diào)查:Cleary/Nguyen第22頁(yè))。尤其是，這些設(shè)計(jì)應(yīng)是更安全的，因?yàn)樗菫獒t(yī)療環(huán)境專門設(shè)計(jì)并且滿足不同醫(yī)療手術(shù)的需要，在本文中新穎的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的代表包括Probot[18]和Steady-Handrobot[22]，然而我們也應(yīng)該承認(rèn)，專用機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)將不會(huì)達(dá)到通用機(jī)構(gòu)那樣的經(jīng)濟(jì)效益，另一個(gè)解決方法是設(shè)計(jì)具有專用末端執(zhí)行器通用機(jī)構(gòu)。4.4圖象接口系統(tǒng)隨著圖象引導(dǎo)手段的逐漸流行，要求機(jī)器人在各種圖象形式限制的范圍內(nèi)，例如：CT和MRI，能夠正常工作，而這些系統(tǒng)大部分在醫(yī)生的直接控制之下。在未來(lái)，系統(tǒng)將會(huì)將加強(qiáng)同這些圖象形式的聯(lián)系。本文也對(duì)一些系統(tǒng)進(jìn)行了介紹，如以MRI為接口的Masamune系統(tǒng)[15]和與CT融合的Minerva系統(tǒng)[13]。操作界面一個(gè)在所有的醫(yī)用機(jī)器人系統(tǒng)的發(fā)展中發(fā)生的問(wèn)題就是操作界面的問(wèn)題，作為醫(yī)用機(jī)器人什么樣的操作界面是合適的呢？機(jī)器人是應(yīng)該被給一個(gè)程序命令還是一個(gè)聲音然后才執(zhí)行它的任務(wù)呢？用手柄或用鍵盤(pán)作為媒介哪個(gè)合適？或者醫(yī)生直接操作機(jī)器人工具更合適嗎？力的反饋需要高精度的操作界面嗎？這就是機(jī)器人組織未來(lái)需要調(diào)查的所有問(wèn)題，根據(jù)機(jī)器人設(shè)計(jì)所要求完成的任務(wù)不同，答案也會(huì)有所差別，如果醫(yī)生認(rèn)為手術(shù)是在控制之中，至少最初看起來(lái)醫(yī)療機(jī)器人是可以被醫(yī)生更多的接受的。安全問(wèn)題安全是機(jī)器人醫(yī)療系統(tǒng)中最受關(guān)注的問(wèn)題，這也是推動(dòng)機(jī)器人發(fā)展必須被提及的一個(gè)領(lǐng)域，安全問(wèn)題已經(jīng)被Davies[47]、Elder和Knight[48]討論了，根據(jù)Davies的看法，和工業(yè)機(jī)器人比較，醫(yī)用機(jī)器人是完全不同的使用情況，因?yàn)獒t(yī)療機(jī)器人必須與人協(xié)作才能完全發(fā)揮效用。因此，恰當(dāng)?shù)陌踩綉?yīng)該被定義，并被機(jī)器人組織詳細(xì)的討論，能夠采取的安全措施備用傳感器的使用，能夠適應(yīng)即將到來(lái)的任務(wù)的專用機(jī)器人的設(shè)計(jì)，自動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)的使用，以便于如果機(jī)器人操作失敗，它仍可以被移動(dòng)，并通過(guò)手工操作來(lái)完成。對(duì)于醫(yī)療機(jī)器人來(lái)說(shuō)，另一個(gè)安全問(wèn)題是需要對(duì)手術(shù)室和參加手術(shù)人和機(jī)械進(jìn)行消毒和傳染物控制。（2/24/2002機(jī)器人調(diào)查:Cleary/Nguyen第23頁(yè)）Davies提出了一個(gè)等級(jí)制度為外科手術(shù)工具的使用者，從手持工具到全自動(dòng)機(jī)器人，他把工具進(jìn)行了排序。隨著等級(jí)向自動(dòng)機(jī)器人的靠近，手術(shù)被控制的也就越來(lái)越少，并且更依賴于機(jī)器人的機(jī)構(gòu)和系統(tǒng)軟件。Davies表示直到自動(dòng)化的水平達(dá)到安全保證可以接受的水平，并就這個(gè)水平達(dá)成一致的協(xié)議，醫(yī)療器械制造商才可能逐漸開(kāi)始開(kāi)發(fā)醫(yī)用機(jī)器人系統(tǒng)。盡管機(jī)構(gòu)的約束是保證安全的一種好的方式，但程序上的約束盡管天生就有不安全的因素，卻更加靈活。為了有效限制可能的活動(dòng)范圍[4,46]，四種模式可以被采用，自由模式,位置模式，軌道模式和區(qū)域模式。舉個(gè)例子，區(qū)域模式尤其適合切除手術(shù)，如全膝替換手術(shù)，在這個(gè)手術(shù)中，手術(shù)工具被預(yù)先安排在一個(gè)定義好的區(qū)域中。這個(gè)模式在培養(yǎng)居民和鄰里的關(guān)系時(shí)也有很大的價(jià)值。5.0結(jié)論這篇論文反映了醫(yī)用機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀，幾種原形機(jī)器人系統(tǒng)和商業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)都在文章中得到了介紹，討論了技術(shù)上的挑戰(zhàn)和未來(lái)的發(fā)展方向，為醫(yī)用機(jī)器人的使用提出了希望。我們僅僅處于醫(yī)療機(jī)器人應(yīng)用的初級(jí)階段，很多工作還等待我們?nèi)プ?，尤其是為了滿足不同醫(yī)療手術(shù)的需要更多的測(cè)試平臺(tái)等待開(kāi)發(fā)，以便于獲得技術(shù)經(jīng)驗(yàn)和它怎樣融入臨床實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)，費(fèi)用、安全性和病人的反應(yīng)也是需要考慮的，盡管已經(jīng)有了一些在市場(chǎng)上取得成功的醫(yī)療機(jī)器人，如ROBODOC和daVinci，但它們還沒(méi)有完全被醫(yī)學(xué)界所接受。也許直到完全兼容的系統(tǒng)被開(kāi)發(fā)出來(lái)后，醫(yī)療機(jī)器人的優(yōu)勢(shì)才可以顯現(xiàn)出來(lái)，在現(xiàn)在的醫(yī)學(xué)領(lǐng)域里，機(jī)器人直接和想象模式聯(lián)系起來(lái)或者和病人的解剖聯(lián)系在一起，這些聯(lián)系將點(diǎn)明機(jī)器人潛在的優(yōu)點(diǎn)之所在，例如可以跟隨呼吸器官的運(yùn)動(dòng),，并且使醫(yī)生成功的完成手術(shù)，而這在今天只是一種想象。6.0致謝作者對(duì)SumiyoOnda為了這份手稿在搜集和整理時(shí)資料提供的幫助表示感謝，這次工作得到了美國(guó)軍方的贊助，批號(hào)DAMD17-96-2-6004和DAMD17-99-1-9022，本文的內(nèi)容并不反映美國(guó)政府的立場(chǎng)和政策。附件2：外文原文StateoftheArtinSurgicalRobotics:ClinicalApplicationsandTechnologyChallengesAbstractWhileithasbeenover15yearssincethefirstrecordeduseofarobotforasurgicalprocedure,thefieldofmedicalroboticsisstillanemergingonethathasnotyetreachedacriticalmass.Whilerobotshavethepotentialtoimprovetheprecisionandcapabilitiesofphysicians,thenumberofrobotsinclinicaluseisstillverysmall.Inthisreviewarticle,webeginwithashorthistoricalreviewofmedicalrobotics,followedbyanoverviewofclinicalapplicationswhererobotshavebeenapplied.Theclinicalapplicationsarethendiscussed,whichincludeneurosurgery,orthopedics,urology,maxillofacialsurgery,radiosurgery,opthamology,andcardiacsurgery.Weconcludewithalistingoftechnologychallengesandresearchareas,includingsystemarchitecture,softwaredesign,mechanicaldesign,imagingcompatiblesystems,userinterface,andsafetyissues.KeyWordsMedicalrobotics,reviewarticle,technologychallenges,neurosurgery,orthopedics,urology,maxillofacialsurgery,radiosurgery,opthamology,andcardiacsurgery1.0IntroductionMedicalroboticshastremendouspotentialforimprovingtheprecisionandcapabilitiesofphysicianstoperformsurgicalprocedures.However,wearejustatthebeginningoftheapplicationofroboticstomedicine,andmanyquestionsremainopenregardingeffectiveness,safety,andcost.Whilethereareseveralcommercialcompaniessellingmedicalrobots,thetotalinstallednumberisextremelysmall,andthemarketwillmostlikelycontinuetogrowslowly.Unliketheareaoffactoryrobotics,whichgrewrapidlyduringthe1970sand1980s,medicalroboticshasnotyetreachedacriticalmass.However,itisbelievedthebenefitsofmedicalroboticswillbecomeincreasinglyclearandthiswillleadtoacontinuedriseintheiruseinmedicine.AccordingtotheRoboticInstituteofAmerica,arobotis"areprogrammable,multifunctionalmanipulatordesignedtomovematerials,parts,tools,orotherspecializeddevicesthroughvariousprogrammedmotionsfortheperformanceofavarietyoftasks."Whiletheterm“robot”mayconjureupimagesofR2D2fromthemovie“StarWars”,inthispaperwewillstaywiththedefinitionabove.Theserobotsconsistofnearlyrigidlinksthatareconnectedwithjointsthatallowrelativemotionfromonelinktoanother[1].Attachedtotheendofthelinksistherobothand,usuallyreferredtoastheendeffector.Therobotiscontrolledbyacomputersystemthatisusedtomovetheendeffectortoanydesiredpointandorientationwithinitsworkspace.Thisreviewarticlehighlightsthestateoftheartofmedicalroboticsacrossseveralclinicalareas.Inthisreview,wewillfocusonrobotsthatplayanactiveroleduringasurgicalintervention.Thesesystemsarenotmeanttoreplacethephysician,butrathertoaugmentthecapabilitiesofthephysician.Thereareothercategoriesofmedicalrobotics,suchasroboticsforrehabilitationorminiaturerobotsthatmightbeplacedinsidethebody,butthesewillnotbediscussedhere.Thisreviewisnotintendedtobecomprehensive,butrathertogiveanoverviewofthefield,withafocusonkeyhistoricaldevelopmentsandoncurrentwork.Severalothermedicalroboticsreviewarticleswithafocusonsurgicalprocedureshavealsobeenwritten.Davies[2]describesthehistoryofsurgicalroboticsandgivesoneclassificationforthetypesofrobotsystemsstudiedbyresearchers.Taylor[3]discussesseveraltaxonomiesforsurgicalroboticsandpresentsadifferentclassification.Troccaz[4]givesahistoricalreviewanddescribespassive,semi-active,andactiveroboticsystems.Howe[5]overviewsapplicationsinimage-basedprocedures,orthopedicsurgery,andneurosurgery,amongothers.Specializedreviewsalsoexist,suchasthearticlebyCaddeduonurologyrobotics[6].Thepaperisorganizedasfollows.Section2givesabriefhistoricalreview,followedbyatableofclinicalapplicationsinSection3.Eachoftheseclinicalapplicationsisthendescribed.Section4presentstechnologychallengesandresearchareas.ConclusionsaregiveninSection5.2.0HistoricalReviewMedicalroboticsisarelativelyyoungfield,withthefirstrecordedmedicalapplicationofarobotoccurringin1985[7].Inthiscase,therobotwasasimplepositioningdevicetoorientaneedleforbiopsyofthebrain.A52-year-oldmanwasputonaCTscannertable,thetargetwasidentifiedontheCTimages,andtherobotwasusedtoorientaguidetubethroughwhichaneedlewasinserted.Unfortunately,therobotusedwasaPUMA560industrialrobot,andsafetyissuesconcerningtheoperationoftherobotincloseproximitytopeoplepreventedthisworkfromcontinuing[2].Shortlythereafter,researchgroupsinEurope,Asia,andtheUnitedStatesbeganinvestigatingmedicalapplicationsofrobotics.InEurope,agroupatImperialLondonunderthedirectionofDaviesbegandevelopingarobotforprostateapplications[8].AtGrenobleUniversityHospitalinFrance,Benabid,Lavallee,andcolleaguesstartedworkonneurosurgicalapplicationssuchasbiopsy[9].InAsia,DohiatTokyodevelopedaprototypeofaCT-guidedneedleinsertionmanipulator[10].IntheU.S.,TaylorandassociatesatIBMbegandevelopingthesystemlaterknownasROBODOC[11].Currently,thereareseveralcommercialventuresandahandfulofresearchlaboratoriesactiveinthefieldofmedicalrobotics.Theseearlyresearcheffortshaveledtosomecommercialproducts.Forexample,theworkatGrenobleNeuroMaterobotofIntegratedSurgicalSystemsasdescribedinSection.3.0ClinicalApplicationsThereareseveralwaystoclassifytheuseofrobotsinmedicine.Onescheme,asdevelopedbyTaylor[3],istoclassifyrobotsbytheroletheyplayinmedicalapplications.Taylorstressestheroleofrobotsastoolsthatcanworkcooperativelywithphysicianstocarryoutsurgicalinterventionsandidentifiesfiveclassesofsystems:1.Internreplacements2.Telesurgicalsystems3.Navigationalaids4.Precisepositioningsystems5.PrecisepathsystemsWhilethisclassificationistechnologyoriented,wehavechosentodividethefieldbyclinicalapplicationinthispaper.Clinicalapplicationsaremoreinterestingtotheenduser,andalistofsevenclinicalareaswhereroboticshavebeenappliedisshowninTable1.Thistableisnotmeanttobeinclusive,butrepresentativeresearchgroupsandcommercialvendorsinseveralareashavebeenselectedtogivethereaderanoverviewofthefield.Thecolumnlabeled“Studies”referstowhetherhumantrials,animalstudies,cadaverstudies,orotherstudieshavebeendone.3.1NeurosurgeryAsmentionedinthehistoricalreview,neurosurgerywasthefirstclinicalapplicationofroboticsandcontinuestobeatopicofcurrentinterest.Neurosurgicalstereotacticapplicationsrequirespatialaccuracyandprecisiontargetingtoreachtheanatomyofinterestwhileminimizingcollateraldamage.Thissectionpresentsthreeneurosurgicalroboticsystems.1.MinervafromtheUniversityofLausanneinSwitzerland2.NeuroMatefromIntegratedSurgicalSystemsintheU.S.3.AnMRIcompatiblerobotdevelopedbyDohiandcolleaguesinJapanMinervaOneoftheearliestroboticsystemsdevelopedforpreciseneedleplacementwastheneurosurgicalrobotMinerva[13],designedforstereotacticbrainbiopsy.AspecialpurposerobotwasconstructedwhichwasdesignedtoworkwithintheCTscannersothatthesurgeoncouldfollowthepositionoftheinstrumentsonsuccessiveCTscans.NeuroMateTheNeuroMateisasix-axisrobotforneurosurgicalapplicationsthatevolvedfromworkdonebyBenabid,Lavallee,andcolleaguesatGrenobleUniversityHospitalinFrance[9,14,25].Theoriginalsystemwassubsequentlyredesignedtofulfillspecificstereotacticrequirementsandparticularattentionwaspaidtosafetyissues[26].MRIcompatiblerobotceramics.Inphantomtestsusingwatermelons,therobotperformedsatisfactorilywithapositioningerroroflessthan3.3mmfromthedesiredtarget.Theunitwassmallenoughat491mminmaximumheighttofitinsidetheMRIgantryof600mmindiameter.3.2OrthopedicOrthopedicswasalsoanearlyadopterofrobotics,astheROBODOCsystemdescribednextwasusedtoassistsurgeonsinperformingpartofatotalhipreplacementin1992.3.3UrologyOneofthepioneeringresearchgroupsinMedicalRoboticsistheMechantronicsinMedicineLaboratoryatImperialCollegeinLondon.Startingin1988,thegroupbegandevelopingaroboticsystemnamedtheProbottoaidintransurethralresectionoftheprostate[18].4.0TechnologyChallenges/ResearchAreasWhileanumberofdifferentclinicalareasarebeingexploredasnotedinSection3,thefieldofmedicalroboticsisstillinitsinfancyandwearejustatthebeginningofthisera.Onlyahandfulofcommercialcompaniesexistandthenumberofmedicalrobotssoldeachyearisverysmall.Partofthereasonforthisisthatthemedicalenvironmentisaverycomplexoneandtheintroductionofnewtechnologyisdifficult.Inaddition,thecompletionofamedicalroboticsprojectrequiresapartnershipbetweenengineersandclinicianswhichisnoteasytoestablish.Technologychallengesandresearchareasformedicalroboticsincludeboththedevelopmentofsystemcomponentsandthedevelopmentofsystemsasawhole.Intermsofsystemcomponents,researchisneededin:1.systemarchitecture2.softwaredesign3.mechanicaldesign4.imagingcompatibledesigns5.userinterface6.safetyFormedicalroboticssystems,thedevelopmentofapplicationtestbedsiscriticaltomovethefieldforward.Thesetestbedscanalsoservetoimprovethedialogbetweenengineersandclinicians.However,atleastintheU.S.,itisdifficulttogetfundingtodevelopthesetestbeds.GovernmentalfundingagenciessuchasNIHorNSFwillusuallynotfundsucheffortsastheyaregearedmoretowardsbasicresearchratherthanappliedresearchanddevelopment.Manufacturersareusuallynotinterestedbecausetheenvironmentandinvestmentpaybackformedicalroboticsisuncertain.Theregulatoryissuesformedicalroboticshavenotbeenfullyexplored,althoughseveralsystemshavebeenFDAapproved.Thesefactorsremainobstaclestoadvancingthefield.Inthefollowingsections,eachofthesixsystemcomponentslistedabovearebrieflydiscussed.4.1SystemArchitectureFormedicalroboticstoevolveasitsownfieldandforthecostanddifficultyofdevelopingprototypesystemstodecrease,theestablishmentofasystemarchitecturewouldbeanenablingstep.Thesystemsarchitectureshouldemphasizemodularity,asnotedbyTaylorinthedesignoftheSteady-Handrobot,whichemphasizesmodularityinmechanicaldesign,controlsystemelectronics,andsoftware[22].AmodularapproachhasalsobeenemphasizedintheUrologyRoboticslaboratoryofStoianovici[37],whereanumberofmechanicalmoduleshavebeendevelopedforprecisioninterventionalprocedures.4.2SoftwareDesignThedevelopmentofasoftwareenvironmentformedicalrobotics,possiblyincludinganappropriatereal-timeoperatingsystem,isasignificantchallenge.Manyresearchersdevelopingmedicalroboticssystembasetheirsoftwaredevelopmentoncommerciallyavailablesoftwarepackagesthatmaynotbesuitableforthesurgicalenvironment.However,thelowcostandwidespreadavailabilityofthesesoftwarepackagesmakestheiruseattractiveandtherearestepsthatcanbetaken(suchaswatchdogtimers,backupsystems,anderrorrecoveryprocedures)tomakethesesystemsmorereliable.Still,itisbelievedthatalongwiththesystemarchitecturementionedabove,arobustsoftwareenvironmentgearedtothemedicalenvironmentwouldbeasubstantialcontribution.Whilethissoftwareenvironmentwouldstillneedtobecustomizedfordifferentsurgicalprocedures,researcherswouldatleasthaveastartingpointfortheirdevelopmentwork.4.3MechanicalDesignInadditiontobettersoftwaredesign,novelmechanicaldesignsareneededtoimprovetheutilityofroboticsinmedicalprocedures.Asnotedinthehistoricalreviewinthispaper,thefirstrecordedmedicalapplicationofarobotwasforbiopsyofthebrain,usingastandardPUMAindustrialrobot.Whilesomeotherresearchershavedescribedtheuseofindustrialrobotformedicaltasks,itisthebeliefoftheseauthorsandothers(see[2]forexample)thatspecialpurposemechanicaldesignsaremoreappropriateformostapplications.Inparticular,thesedesignsshouldbesafer,astheycanbedesignedspecificallyforthemedicalenvironmentandcustomizedfordifferentmedicalprocedures.NovelmechanicaldesignspresentedinthisreviewincludetheProbot[18]andtheSteady-Handrobot[22].However,itshouldbenotedthatspecialpurposedesignswillnotenjoythesameeconomiesofscaleasmoregeneraldesigns,andoneothersolutionmaybetodevelopmoregeneralpurposemedicalrobotswithspecializedendeffectors.4.4ImagingCompatibleSystemsWiththeincreasingpopularityofimage-guidedinterventions,roboticsystemsarerequiredthatcanworkwithintheconstraintsofvariousimagingmodalitiessuchasCTandMRI.Whilethesesystemsareforthemostpartstillunderthedirectcontrolofthephysician,inthefuturetheywillbeincreasinglylinkedtotheseimagingmodalities.Inthisreview,somesystemswerenotedthatfallwithinthiscategory,suchastheMRIcompatiblemanipulatorofMasamune[15]andtheCTintegratedrobotMinerva[13].4.5UserInterfaceOnequestionthatarisesinthedevelopmentofallmedicalroboticssystemsconcernstheuserinterface.Whatisasuitableuserinterfaceforamedicalrobot?Shouldtherobotbegivenacommandedpathorvolumeandthenautonomouslycarryoutthetask?Isajoystickorpushbuttoninterfaceappropriate?Orwouldthephysicianrathermanipulatethetooldirectlywiththeassistanceoftherobot?Isforcefeedbackrequiredforahighfidelityuserinterface?Theseareallquestionsthatrequirefurtherinvestigationbythemedicalroboticscommunity.Theanswercertainlywillvarydependingonthemedicaltaskforwhichtherobotisdesigned.Itseemsthatmedicalrobotswillatleastinitiallybemoreacceptedbyphysiciansifthephysiciansfeelthattheyarestillincontroloftheentireprocedure.4.6SafetyIssuesSafetyisaparamountconcernintheapplicationofthesesystems.Thisisanareathatmustbeaddressedtomovethefieldforward.SafetyissueshavebeendiscussedbyDavies[47]andElderandKnight[48].AccordingtoDavies,medicalroboticsisacompletelydifferentapplicationfromindustrialroboticsinthatmedicalrobotsmustoperateincooperationwithpeopletobefullyeffective.Therefore,appropriatesafetylevelsshouldbedefinedanddiscussedbythecommunityatlarge.Safetymeasuresthatcanbetakenincludetheuseofredundantsensors,thedesignofspecial-purposerobotswhosecapabilitiesaretailoredtothetaskathand,andtheuseoffail-safetechniquessothatiftherobotdoesfailitcanberemovedandtheprocedurecompletedbyhand.Oneothersafetyissueformedicalroboticsistheneedforsterilizationandinfectioncontrolintheoperatingroomandinterventionalsuite.Daviesalsopresentsahierarchicalschemeforthehostoftoolsavailabletosurgeons,rangingfromhand-heldtoolstoafullypoweredautonomousro