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    如何選擇用于手術(shù)導(dǎo)航的光學(xué)與電磁儀器？光學(xué)儀器和電磁儀器是手術(shù)導(dǎo)航中常用到的兩類三維定位導(dǎo)航設(shè)備，是手術(shù)導(dǎo)航和手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)中不可或缺的關(guān)鍵部分，在手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)中起到了眼睛的作用。事實(shí)上，光學(xué)儀器和電磁儀器各有其優(yōu)缺點(diǎn)和適用場(chǎng)景，不能一概而論。所以，具體選擇哪種類型的儀器以及如何選型，是科研人員經(jīng)常面對(duì)的問題，終需要根據(jù)自身應(yīng)用場(chǎng)景作為依據(jù)加以選擇。下文是發(fā)布在美國(guó)醫(yī)學(xué)物理學(xué)會(huì)出版的《醫(yī)學(xué)物理學(xué)》上的一篇論文，文章基于嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和科學(xué)計(jì)算，很好的回答了上述問題，供從業(yè)者參考。由于篇幅較長(zhǎng)，這里翻譯文章摘要，并附全文鏈接如下，還望大家包涵。論文題目《影像引導(dǎo)式腹腔鏡手術(shù)中的電磁：與光學(xué)的比較以及組合式腹腔鏡和腹腔鏡超聲系統(tǒng)的可行性研究》目的在圖像引導(dǎo)腹腔鏡檢查中，通常采用光學(xué)，但是在文獻(xiàn)中已經(jīng)提出了電磁（EM）系統(tǒng)。在本文中，我們對(duì)用于圖像引導(dǎo)腹腔鏡手術(shù)的EM和光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行了比較，并提出了結(jié)合EM腹腔鏡和腹腔鏡超聲（LUS）圖像引導(dǎo)系統(tǒng)的可行性研究。方法我們首先使用標(biāo)準(zhǔn)評(píng)估板評(píng)估帶有兩個(gè)光學(xué)（Atracsys&NDI）和兩個(gè)EM的腹腔鏡的準(zhǔn)確性，該光學(xué)安裝在軸上的回射標(biāo)記，而EM將傳感器嵌入近端。然后。

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    多重動(dòng)力傳輸機(jī)器人系統(tǒng)，適用于MRI引導(dǎo)經(jīng)皮介入根據(jù)美國(guó)協(xié)會(huì)收集的數(shù)據(jù)，前列腺是美多年來(lái)開發(fā)的國(guó)男性中常見的之一。據(jù)估計(jì)，2016年將有180,890例新的前列腺病例，并因此導(dǎo)致26,120例死亡。大多數(shù)前列腺是在前列腺特異性抗原（PSA）篩查和/或直腸指檢（DRE）期間首先檢測(cè)到的。如果結(jié)果表明受試者可能患有前列腺，則通常在TransRectalUltraSound（TRUS）的指導(dǎo)下進(jìn)行手動(dòng)活檢。如果活檢結(jié)果為陽(yáng)性，則常見的方法是TRUS引導(dǎo)的近距離放射。不幸的是，TRUS提供低分辨率的圖像和較差的軟組織對(duì)比度，醫(yī)生既看不到惡性組織，也看不到圖像上的放射性種子，這破壞了活檢或近距離放射的性能。因此，磁共振成像（MRI）可以被認(rèn)為是一種有前途的替代方法，因?yàn)樗哂懈唧w積分辨率和出色的軟組織對(duì)比度。此外，研究人員還試圖應(yīng)用機(jī)器人系統(tǒng)來(lái)解決手動(dòng)執(zhí)行的經(jīng)皮干預(yù)缺乏準(zhǔn)確性和可重復(fù)性的問題。在微創(chuàng)前列腺經(jīng)皮介入中，磁共振成像（MRI）機(jī)器人輔助系統(tǒng)經(jīng)過多年的開發(fā)，具備多個(gè)自由度（DOF）以完成復(fù)雜的外科手術(shù)任務(wù)。本文提出了一種與MRI兼容的變速箱的新穎設(shè)計(jì)，該變速箱允許一個(gè)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)控制多路自由度機(jī)器人系統(tǒng)。

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為什么光學(xué)系統(tǒng)的高速度和低延遲在機(jī)器人手術(shù)中如此重要？

光學(xué)系統(tǒng)是機(jī)器人的眼睛?？梢哉f(shuō)，如果你想要一個(gè)機(jī)器人快速準(zhǔn)確地移動(dòng)，你需要高效的眼睛！這部分是正確的。但是，您需要考慮其他元素才能擁有一個(gè)高效的系統(tǒng)。首先，讓我們嘗試類比人類抓握物體時(shí)的手眼協(xié)調(diào)。我們生活在一個(gè)三維的世界，但我們的視網(wǎng)膜只能在二維中捕捉它。立體視覺是一種大腦皮層過程，它在心理上重建了一個(gè)三維世界，這個(gè)三維世界通過視網(wǎng)膜從環(huán)境中捕獲光而簡(jiǎn)化為二維世界。更正式地說(shuō)，立體視覺是基于雙目視差線索計(jì)算物體的立體感和深度。為了拿起一個(gè)物體，我們必須首先估計(jì)它的形狀和它相對(duì)于我們身體的位置。立體視覺可以明確地確定這些屬性，因?yàn)檠劬凵⒍戎付艘粋€(gè)物體的以自我為中心的距離，而雙眼視差決定了它的3D（3維）結(jié)構(gòu)。LiesbethMazyn通過分析具有單眼、正常和弱立體視覺能力的受試者捕捉移動(dòng)網(wǎng)球的效率，做了一個(gè)非常簡(jiǎn)單的心理物理實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：事實(shí)證明，球越快，就越有必要擁有良好的立體視覺。無(wú)論是人還是機(jī)器人，立體視覺系統(tǒng)的質(zhì)量都會(huì)影響完成移動(dòng)任務(wù)的速度。實(shí)際上，機(jī)器人的眼睛需要良好的準(zhǔn)確性（或真實(shí)性）。相反，機(jī)器人應(yīng)該能夠移動(dòng)得足夠快！

    包含四個(gè)反射基準(zhǔn)點(diǎn)的被動(dòng)Navex標(biāo)記點(diǎn)。主動(dòng)標(biāo)記點(diǎn)通常用于探測(cè)解剖目標(biāo)點(diǎn)，而Navex可以用作患者坐標(biāo)的參考，以檢測(cè)其解剖結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)。從技術(shù)上講，紅外基準(zhǔn)在攝像機(jī)圖像中顯示為白色斑點(diǎn)（請(qǐng)參見下圖）。因此，可以使用標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)輕松對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)和分割。根據(jù)對(duì)極幾何和標(biāo)記點(diǎn)設(shè)計(jì)約束條件，確定一個(gè)點(diǎn)與其在另一臺(tái)照相機(jī)的圖像中對(duì)應(yīng)的點(diǎn)的匹配。此外，在匹配的點(diǎn)上執(zhí)行三角剖分，以找到它們各自的3D位置。如果對(duì)象由至少三個(gè)不對(duì)齊的固定基準(zhǔn)點(diǎn)（標(biāo)記點(diǎn)）組成，則可以計(jì)算其位姿（對(duì)象的位置和姿態(tài)）。FusionTrack250演示程序的界面。顯示由三個(gè)基準(zhǔn)組成的標(biāo)記點(diǎn)。左圖和右圖顯示了相機(jī)看到的各個(gè)點(diǎn)。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(gè)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(duì)于某些術(shù)前數(shù)據(jù)集（例如CT、MRI）進(jìn)行對(duì)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(jī)提供導(dǎo)航。由于此過程隱含著許多錯(cuò)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(shí)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。

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    顛覆，機(jī)器人“馬殺雞"來(lái)了，可私人定制按摩服務(wù)，4000多人已嘗試作為一個(gè)長(zhǎng)期伏案工作的辦公族，做按摩是放松身心的優(yōu)先，按摩師熟練又有力的按摩指法，揉開每一個(gè)因?yàn)椴涣嫁k公姿勢(shì)而淤積的結(jié)節(jié)，簡(jiǎn)直能舒（teng）服（tong）到蜷縮起腳趾頭。但因?yàn)榈乃僚?，社交距離成了與按摩師之間無(wú)法逾越的鴻溝。如果有一款機(jī)器人按摩師，能夠在不依賴另一個(gè)人的情況下進(jìn)行按摩，你會(huì)嘗試嗎？據(jù)報(bào)道，法國(guó)CapSixRobotics公司和英國(guó)普利茅斯大學(xué)的研究人員已經(jīng)發(fā)明了可以提供個(gè)性化按摩的機(jī)器人。從《新科學(xué)家》雜志提供的視頻上可以看到，機(jī)器人接觸人體的部分戴著“手套”，并且可以進(jìn)行按、壓、推、揉等操作。這一成果由英國(guó)普利茅斯大學(xué)的研究人員發(fā)布在《神經(jīng)機(jī)器人前沿》（FrontNeurorobot）雜志上。不過普利茅斯大學(xué)的機(jī)器人目前仍處于研究階段，尚未進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)。忘記這是一個(gè)機(jī)器人法國(guó)CapSixRobotics公司生產(chǎn)的機(jī)器人按摩師，有一個(gè)裝置了傳感器和攝像頭的機(jī)械臂，并由開發(fā)人員將一系列按摩方案進(jìn)行了編程植入機(jī)器人系統(tǒng)，所以可提供不同的按摩套餐供用戶選擇。設(shè)計(jì)該機(jī)器人的CapSix公司的弗朗索瓦·艾薩蒂爾(Fran?oisEyssartier)表示，已經(jīng)有4000多人嘗試過機(jī)器人按摩師。

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    新的電子鼻能嗅出成熟的桃子以備收割你試過用桃子的氣味來(lái)判斷桃子的成熟度嗎？鼻子受過良好訓(xùn)練的農(nóng)民也許能夠憑著經(jīng)驗(yàn)感覺出醇、酯、酮和醛的獨(dú)特組合，但即使是**也可能很難知道什么時(shí)候水果適合采摘。為了幫助收割，科學(xué)家們一直在開發(fā)電子鼻，可以用來(lái)嗅出成熟和多汁的桃子。近一項(xiàng)研究顯示，這種電子鼻的準(zhǔn)確率超過了98%。SergioLuizStevanJr.和巴西聯(lián)邦理工大學(xué)巴拉那分校和邦塔格羅薩州立大學(xué)的同事開發(fā)了新的電子鼻系統(tǒng)。Stevan注意到，即使在一個(gè)大的果園里，由于不同的通風(fēng)、雨水、土壤和其他因素的小氣候，每一棵樹上的果實(shí)成熟時(shí)間都不盡相同。農(nóng)民可以在收獲的黃金時(shí)期檢查水果并做出比較好的判斷，但如果他們判斷失誤，就有可能賠錢。幸運(yùn)的是，桃子釋放出蒸汽分子，稱為揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOCs）。Stevan解釋說(shuō)：“我們知道揮發(fā)性有機(jī)化合物在數(shù)量和類型上有所不同，這取決于果實(shí)生長(zhǎng)的不同階段。因此，電子鼻是一種[選擇]，因?yàn)樗鼈冊(cè)试S對(duì)揮發(fā)性有機(jī)化合物進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)。”他的團(tuán)隊(duì)發(fā)明的電子鼻系統(tǒng)有一套對(duì)特定VOC敏感的氣體傳感器。測(cè)量數(shù)據(jù)在微控制器中進(jìn)行數(shù)字化和預(yù)處理。接下來(lái)，利用模式識(shí)別算法對(duì)桃子成熟三個(gè)階段。

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