根據美國癌癥協(xié)會(huì )收集的數據，前列腺癌是美多年來(lái)開(kāi)發(fā)的國男性中最常見(jiàn)的癌癥之一。據估計，2016年將有180,890例新的前列腺癌病例，并因此導致26,120例死亡。大多數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。如果結果表明受試者可能患有前列腺癌，則通常在TransRectal UltraSound（TRUS）的指導下進(jìn)行手動(dòng)活檢。如果活檢結果為陽(yáng)性，則常見(jiàn)的治療方法是TRUS引導的近距離放射治療。不幸的是，TRUS提供低分辨率的圖像和較差的軟組織對比度，醫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）可以被認為是一種有前途的替代方法，因為它具有高體積分辨率和出色的軟組織對比度。此外，研究人員還試圖應用機器人系統來(lái)解決手動(dòng)執行的經(jīng)皮干預缺乏準確性和可重復性的問(wèn)題。

在微創(chuàng )前列腺經(jīng)皮介入治療中，磁共振成像（MRI）機器人輔助系統經(jīng)過(guò)多年的開(kāi)發(fā)，具備多個(gè)自由度（DOF）以完成復雜的外科手術(shù)任務(wù)。

本文提出了一種與MRI兼容的變速箱的新穎設計，該變速箱允許一個(gè)驅動(dòng)馬達控制多路自由度機器人系統。變速器可以通過(guò)順序而不是同時(shí)控制每個(gè)運動(dòng)來(lái)減少系統中電動(dòng)機的數量，同時(shí)保持系統的功能。進(jìn)行了一系列初步實(shí)驗以及目標精度測試，以評估系統的準確性。

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

鑒于上述所有挑戰，設計、制造和評估了許多MRI引導的手術(shù)機器人，以幫助我們更好地了解系統的設計過(guò)程以及成像系統和機器人之間的相互作用。

實(shí)驗

實(shí)驗的目的是評估采用變速箱后機器人的性能。

A. 初步實(shí)驗

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

B. 靶向實(shí)驗

進(jìn)行定向實(shí)驗是為了查看系統在完成諸如到達目標點(diǎn)之類(lèi)的高級任務(wù)方面的性能。為了追蹤手術(shù)針的位置并收集數據，采用了Atracsys fusionTrack 500光學(xué)定位導航‍系統，其在2m的距離內具有0.09 mm的RMS�？勺粉櫟臉擞浛蚬潭ㄔ卺橆^支架上，并且在每個(gè)所需位置收集標記框相對于追蹤坐標的位置和方向。

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