根據(jù)美國癌癥協(xié)會(huì)收集的數(shù)據(jù)，前列腺癌是美多年來開發(fā)的國男性中最常見的癌癥之一。據(jù)估計(jì)，2016年將有180,890例新的前列腺癌病例，并因此導(dǎo)致26,120例死亡。大多數(shù)前列腺癌是在前列腺特異性抗原（PSA）篩查和/或直腸指檢（DRE）期間首先檢測到的。如果結(jié)果表明受試者可能患有前列腺癌，則通常在TransRectal UltraSound（TRUS）的指導(dǎo)下進(jìn)行手動(dòng)活檢。如果活檢結(jié)果為陽性，則常見的治療方法是TRUS引導(dǎo)的近距離放射治療。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治療的性能。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�具有高體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)皮介入治療中，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)。變速器可以通過順序而不是同時(shí)控制每個(gè)運(yùn)動(dòng)來減少系統(tǒng)中電動(dòng)機(jī)的數(shù)量，同時(shí)保持系統(tǒng)的功能。進(jìn)行了一系列初步實(shí)驗(yàn)以及目標(biāo)精度測試，以評(píng)估系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。

盡管分別具有MRI指導(dǎo)和機(jī)器人輔助的優(yōu)勢，但在該領(lǐng)域，兩種方法的結(jié)合仍然具有挑戰(zhàn)性。機(jī)器人的工作環(huán)境是具有高磁場的密閉空間�？梢栽L問的有限空間要求系統(tǒng)緊湊，同時(shí)又要保持較大的工作空間。為安全起見，盡管高密度磁場中僅允許使用非鐵磁材料（例如聚合物復(fù)合材料），但是這些類型的材料的機(jī)械性能會(huì)損害系統(tǒng)的性能。另外，由于機(jī)器人系統(tǒng)本身是機(jī)電一體化系統(tǒng)，會(huì)在成像過程中引入噪聲，因此減少機(jī)器人操作過程中的干擾也是開發(fā)MRI指導(dǎo)機(jī)器人系統(tǒng)的重要因素。

鑒于上述所有挑戰(zhàn)，設(shè)計(jì)、制造和評(píng)估了許多MRI引導(dǎo)的手術(shù)機(jī)器人，以幫助我們更好地了解系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程以及成像系統(tǒng)和機(jī)器人之間的相互作用。

實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)的目的是評(píng)估采用變速箱后機(jī)器人的性能。

A. 初步實(shí)驗(yàn)

這些測試的目的是調(diào)查基本任務(wù)（例如移動(dòng)滑塊）的總體性能。這也可以作為以后目標(biāo)實(shí)驗(yàn)的參考基準(zhǔn)。

B. 靶向?qū)嶒?yàn)

進(jìn)行定向?qū)嶒?yàn)是為了查看系統(tǒng)在完成諸如到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)之類的高級(jí)任務(wù)方面的性能。為了追蹤手術(shù)針的位置并收集數(shù)據(jù)，采用了Atracsys fusionTrack 500光學(xué)定位導(dǎo)航‍系統(tǒng)，其在2m的距離內(nèi)具有0.09 mm的RMS�？勺粉櫟臉�(biāo)記框固定在針頭支架上，并且在每個(gè)所需位置收集標(biāo)記框相對(duì)于追蹤坐標(biāo)的位置和方向。

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