96、医疗机器人与手术辅助系统的集成与应用

医疗机器人与手术辅助系统的集成与应用

1. dVRK系统基础组件与架构

dVRK系统的构建基于cisst库，cisst库包含了机器人控制库（cisstRobot），同时也是手术辅助工作站（SAW）包的基础。SAW是一组可重用的组件集合，基于cisst构建，具有标准化接口，能够实现计算机辅助介入（CAI）系统的快速原型开发。SAW提供了丰富的应用组件，涵盖硬件接口组件（如机器人、跟踪系统、触觉设备、力传感器等）和软件组件（如控制器、模拟器、ROS桥接器等）。dVRK系统结合了通用的SAW组件（如mtsPID、mtsRobotIO1394）和dVRK特定的SAW组件（如用于主操作手MTM和从操作手PSM的组件）。

cisstMultiTask库主要用于支持在单个进程中进行多组件的实时计算。每个cisst组件包含提供和所需的接口以及一个状态表，状态表维护着组件数据的时间索引历史。状态表采用环形缓冲区实现，有一个写入者（组件本身）和多个潜在的读取者（其他组件）。状态表的读取采用无锁实现，以最小化开销，并且其无锁实现的正确性已通过形式化方法得到证明。大多数cisst组件都有自己的线程，可以连续、周期性地执行或响应外部事件。此外，还可以使用特殊的组件接口ExecIn和ExecOut将多个组件的执行链入到一个线程中。如果子组件的ExecIn接口连接到父组件的ExecOut接口，父组件通过发出运行事件来执行子组件；否则，为每个组件创建单独的线程。

2. dVRK I/O层

dVRK的I/O层由mtsRobotIO1394组件和底层的IEEE 1394（FireWire）现场总线表示。现场总线的理想特性包括提供低延迟的确定性性能，以及支持“菊花链”连接。低延迟性能可以通过减