张建勋 姚 斌 代 煜 夏光明

1.南开大学人工智能学院，天津，3003502.南开大学机器人与信息自动化研究所，天津，300350

0 引言

20世纪末期，由于电视内窥镜技术的诞生，腹腔镜手术(laparoscopic surgery，LS)进入了前所未有的飞速发展时代。LS使用细长器械，通过几个直径约1 cm的小切口进入腹腔。外科医生通过插入其中一个切口的内窥镜观察正在治疗的部位，监控手术过程。LS作为开放手术的一种有效替代方法，通过消除大切口，大幅度减小了患者身体的损伤和术后疼痛，缩短了住院时间[1-2]。然而，LS也存在弊端：一是眼手协调性低，手术器械经皮肤表面的小切口进入腹腔，医生的视觉和操作不同向，造成手眼不协调，极易迷失方向感；二是可操作性低，医生因疲劳造成的手或手腕震颤被细长的器械轴放大至器械末端，影响手术质量；三是器械灵活性低，器械大多只有4个自由度，不如人手灵活、准确。随着机器人技术的进步，机器人辅助腹腔镜手术(robot-assisted laparoscopic surgery，RLS)系统取得了长足进展。在临床应用中，许多RLS系统被开发出来，例如最成功的商业手术机器人系统——达芬奇(Da Vinci)。RLS克服了LS的上述不足，RLS系统一般采用主从式结构，视觉与操作同向，眼手协调性高；医生坐在控制台前完成手术，不易疲劳，舒适性更高；医生控制的主手运动经比例缩小后映射到从手的手术器械，操作精度更高；RLS系统的手术器械一般具有7个自由度，比LS的器械具有更多的自由度，可以执行更复杂的手术操作[3]。因此RLS正逐渐成为外科手术的首选方法。……