一套手術(shù)機器人系統(tǒng)主要由哪些部分組成？手術(shù)機器人，或者輔助手術(shù)機器人，是近幾年科研和投資的熱點，受到越來越多投資人和創(chuàng)業(yè)者的青睞。目前的進一步讓大家意識到了醫(yī)療行業(yè)機器換人的潛在價值。美國、歐洲、日本的手術(shù)機器人臨床應(yīng)用已較為成熟，國內(nèi)受制于技術(shù)起步晚、醫(yī)療認證周期較長等原因，目前進入臨床應(yīng)用的還不多。不過已有不少科研團隊已經(jīng)進入這個賽道，走在融資、研發(fā)、拿證的路上。應(yīng)用場景涵蓋多個領(lǐng)域，包括：骨科手術(shù)、神經(jīng)外科、消融、其它微創(chuàng)手術(shù)、整形外科、牙科、植發(fā)、按摩、針灸、等。如何研發(fā)一套完整的手術(shù)機器人？創(chuàng)業(yè)團隊需要掌握哪些關(guān)鍵技術(shù)？手術(shù)機器人的價值在于它的精細性和穩(wěn)定性。因為人的眼睛誤差遠大于精密光學(xué)儀器，人的手也會抖動或疲勞而機械臂不會。所以，一套手術(shù)機器人首先需要一個機械臂來替代醫(yī)生的手，或幫助醫(yī)生進行手術(shù)器械的輔助定位。如下圖：（醫(yī)療機械臂）（輔助手術(shù)定位）其次，手術(shù)機器人只有手是不行的，它還需要一雙眼睛。因為有了視覺，才可以保證手臂能夠按照醫(yī)生的手術(shù)規(guī)劃進行精確的移動或旋轉(zhuǎn)（六自由度移動）。這就需要一套三維空間定位系統(tǒng)。

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    隔離病房巡診機器人來了！清華人在逆行！2020年的春天，告急，所有的人停下出行的腳步，卻有一群人逆風(fēng)而行。他們穿上白衣，就像一束火焰，點燃自己，照亮人間的希望。他們是這個春天麗的身影，也是所有清華人的牽掛?！搬t(yī)生救人，工程師提供裝備，醫(yī)工結(jié)合力量大！”2月2日，清華大學(xué)航天航空學(xué)院教授鄭鋼鐵在他的朋友圈里擲地有聲地寫道。行勝于言。他是這樣說的，更是這樣做的。2月24日，由他作為技術(shù)負責(zé)人的第二臺多功能隔離病房巡診機器人，走進北京地壇醫(yī)院。從1月25日大年初一項目啟動，到第16天投入臨床試驗，再到第30天奔赴抗擊正式試用，他們“醫(yī)工結(jié)合”發(fā)揮多方優(yōu)勢，科研備“戰(zhàn)”，創(chuàng)造了“清華速度”！快，就是責(zé)任！當(dāng)前，時間就是生命。“快，就是責(zé)任！”除夕夜，經(jīng)過和清華大學(xué)精細醫(yī)學(xué)研究院院長、北京清華長庚醫(yī)院執(zhí)行院長董家鴻的多次討論，鄭鋼鐵了解到前線隔離病房中的醫(yī)護人員面臨高風(fēng)險。副校長尤政和長庚醫(yī)院討論項目身為航天工程方面的教授，鄭鋼鐵和他的團隊更善于系統(tǒng)設(shè)計和應(yīng)急處理問題。作為臨床醫(yī)學(xué)院的教授，董家鴻對如何對抗和保護醫(yī)生有豐富的經(jīng)驗，這為機器人的研制提供了充分的現(xiàn)實基礎(chǔ)?！盎蛟S可以用機器人為醫(yī)護人員隔離風(fēng)險。

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    包含四個反射基準(zhǔn)點的被動Navex標(biāo)記點。主動標(biāo)記點通常用于探測解剖目標(biāo)點，而Navex可以用作患者坐標(biāo)的參考，以檢測其解剖結(jié)構(gòu)的運動。從技術(shù)上講，紅外基準(zhǔn)在攝像機圖像中顯示為白色斑點（請參見下圖）。因此，可以使用標(biāo)準(zhǔn)的計算機視覺技術(shù)輕松對其進行檢測和分割。根據(jù)對極幾何和標(biāo)記點設(shè)計約束條件，確定一個點與其在另一臺照相機的圖像中對應(yīng)的點的匹配。此外，在匹配的點上執(zhí)行三角剖分，以找到它們各自的3D位置。如果對象由至少三個不對齊的固定基準(zhǔn)點（標(biāo)記點）組成，則可以計算其位姿（對象的位置和姿態(tài)）。FusionTrack250演示程序的界面。顯示由三個基準(zhǔn)組成的標(biāo)記點。左圖和右圖顯示了相機看到的各個點。在典型的設(shè)置中，將參考標(biāo)記物放置在患者身上，將另一個標(biāo)記物放置在手術(shù)工具上。在將身體患者的解剖結(jié)構(gòu)相對于某些術(shù)前數(shù)據(jù)集（例如CT、MRI）進行對應(yīng)后，手術(shù)工具能夠以模擬方式放置于預(yù)定路徑內(nèi)，就像GPS坐標(biāo)與數(shù)字地圖相結(jié)合可以為司機提供導(dǎo)航。由于此過程隱含著許多錯誤源，因此了解其根本原因和影響至關(guān)重要。以下各章將嘗試將其分解。準(zhǔn)確性、精度和真實性精度和準(zhǔn)確性常常是混合的，但是是考慮誤差的兩種不同方法。

    如何把一個物體快速變成VR交互設(shè)備？人機交互設(shè)備是虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中不可或缺的一部分，可以提高VR系統(tǒng)的沉浸感和交互性。本文主要介紹在PST光學(xué)定位系統(tǒng)中如何輕松創(chuàng)建新的VR交互設(shè)備（目標(biāo)物）。首先在新目標(biāo)物上隨機添加標(biāo)記點（可使用平面反光貼、反光球或主動發(fā)光marker），然后使用PST客戶端軟件訓(xùn)練該目標(biāo)物，該過程大約需要幾秒鐘。訓(xùn)練完成后，該目標(biāo)物即可用于VR交互。新目標(biāo)物創(chuàng)建為使PST的交互性能達到比較好，請保持至少四個標(biāo)記點同時可見（針對紅外攝像頭）。為防止標(biāo)記點的自身遮擋，目標(biāo)物所有相鄰邊之間的角度應(yīng)大于90°。所以，凸面物體比較適用于追蹤。如下圖示例，系統(tǒng)可以從單個視角清晰地看到多個標(biāo)記點。由于PST使用IRLED面板進行環(huán)境照明，所以應(yīng)注意將追蹤目標(biāo)物的反射率降至比較低。金屬或光滑的表面會降低其追蹤性能，而使用黑色物體時追蹤性能為比較好。要驗證目標(biāo)物是否適合追蹤，請在PST客戶端應(yīng)用程序的“查看”菜單中打開“攝像機圖像”窗口。將目標(biāo)物放在PST定位儀的前面，并檢查標(biāo)記點與目標(biāo)物之間的對比度是否過高，且除標(biāo)記物外是否有其它反射。在比較好情況下，標(biāo)記點為白色而目標(biāo)物應(yīng)顯示為黑色。

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    研究人員通過CT掃描、3D打印和人造喉嚨使一具3000年前的干尸說話了研究人員通過CT掃描、3D打印和人造喉嚨使一具3000年前的干尸說話了這具棺材保存著公元前1100年左右的古埃及人Nesyamun（內(nèi)斯亞蒙）的木乃伊尸體，表達了這名男子希望自己的聲音繼續(xù)存在的愿望?，F(xiàn)在，在他死后3000年，這個愿望實現(xiàn)了。英國的研究人員利用奈斯亞蒙聲道的3D打印復(fù)制品和人造喉頭合成了死者的聲音。研究人員近日在《科學(xué)報告（ScientificReports）》雜志上描述了這一壯舉。倫敦皇家霍洛威大學(xué)（RoyalHollowayUniversityofLondon）電氣工程系主任DavidHoward說：“我們已經(jīng)為內(nèi)斯亞蒙的聲道創(chuàng)造了與他的埋葬位置相匹配的聲音?！币粋€3000歲的死人是什么樣的？在他木乃伊化的位置上，Nesyamun的聲道在“bed”和“bad”的元音之間發(fā)出持續(xù)的元音。是的，這很奇怪。這聲音不太可能是一個Nesyamun（發(fā)音為“NEZ-ee-uh-moon”）生前發(fā)出的。Howard說：“就像說話一樣，但他的聲道姿勢不適合說任何特定的元音?！边@聲音不太可能是Nesyamun（發(fā)音為“NEZ-ee-uh-moon”）生前發(fā)出的。Howard說：“這像說話一樣，但他的脖子向后傾斜，舌頭在下牙頂上，他的舌頭失去了大部分肌肉，軟腭也缺失了。

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    所以這不是語音位置?！痹趶?fù)制木乃伊的聲道時，研究人員首先對Nesyamun的身體進行了的CT掃描。通過掃描，研究人員使用醫(yī)學(xué)成像建模軟件創(chuàng)建了聲帶的數(shù)字模型，然后使用三維打印技術(shù)合成了一個物理模型。為了從3D打印的聲道中聽到聲音，需要類似于人類喉部的輸入聲音。這是基于現(xiàn)代語音合成技術(shù)的計算機合成。Photos:DavidHoward3D-printedvocaltractofthemummifiedbodyofNesyamun.在3D打印聲帶和電子喉頭上使用塑料，可以讓Nesyamun的聲音從墳?zāi)估锇l(fā)出嗡嗡的聲音。但是Howard說他有信心這聲音對木乃伊來說是真實的。作為證據(jù)，Howard指出，他和他的同事已經(jīng)制作了男性聲帶的3D打印復(fù)制品，并將聲音與男性真實的聲音進行了比較。Howard說：“我們在3D聲帶方面做了大量工作。我可以重建我的聲道，然后你聽到后告訴我是否相似，答案是肯定的。我們正利用這一事實，將這段歷史轉(zhuǎn)換回3000年前，并說我們有像Nesyamun那樣的聲音?！彼麄兂晒Φ年P(guān)鍵是Nesyamun的軟組織，除了舌頭，在木乃伊化過程中保存得非常完好。Howard說，當(dāng)然，聲道已經(jīng)干涸了，但這對這個項目的目的沒有多大影響。歷史學(xué)家認為，Nesyamun是一位埃及牧師，曾在底比斯古城（現(xiàn)代盧克索）的卡納克神廟工作。

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