遥外科是医疗机器人与遥操作等多学科前沿技术的交叉研究领域,对于共享专家经验、延伸医生操作能力、提高边远地区的医疗水平具有重要研究意义.本文面向远程外科,以网络为通讯媒介,针对医疗机器人遥操作体系结构与操作流程、基于虚拟现实的医疗仿真和医疗增强现实技术、人机交互接口、远程Mark点标定等关键技术方面进行了深入地研究,并开展了相应的临床实验验证研究.首先针对远程遥外科系统,提出了基于网络的医疗机器人遥操作体系结构和相应的工作流程,设计了Agent智能体,对远程手术的网络通讯与策略以及医疗机器人的控制方法进行了研究,为解决系统庞大与扩展兼容的问题提供了一种有效方案.其次针对手术训练、手术规划与手术模拟,建立了基于低成本的PC+OpenGL环境的机器人手术虚拟手术室,对医疗仿真环境的结构、建模、碰撞检测与软体组织的受力形变问题进行了研究.为提高远程手术的效率与克服时延影响,提出了一种将机器人模型与病人模型和视频图像进行叠加的医疗增强现实技术方法,对相机标定和视频融合机理进行了研究,实现了医疗仿真图形与视频图像的叠加,并实现了一种多路视频的网络同步传输技术.针对遥外科系统的人机交互问题,提出并研制了一种机构形式的可穿戴式力反馈数据臂,可由医生佩戴于手臂上在力反馈导引下与虚拟现实环境和遥医疗机器人进行交互.本文给出了我们自行设计的BH-Ⅱ型数据臂的几何模型、数学模型和力反馈方式,并进行了相应的控制实验.针对远程遥外科手术图像配准中Mark点标定问题,提出一种低成本的无接触测量方法,利用双目立体视觉技术替代传统的接触式测量.通过分析视觉定位误差和大量的实验研究,解决了临床应用中的相机标定问题,达到了临床定位精度要求,简化了医生的操作,提高了手术的效率和安全性.最后,结合国内医疗的需求,展开医疗遥外科系统实验研究,建立了面向远程医疗的立体定向遥外科手术系统,并在北京和沈阳之间获得成功的临床实验应用,验证了本文研究的理论方法和关键技术的有效性.