專利名稱：具有定位模型的磁共振成像(mri)兼容機(jī)器人和人造模型器官的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及醫(yī)用機(jī)器人，特別是用于磁共振成像設(shè)備的醫(yī)用機(jī)器人。
背景技術(shù)：
醫(yī)用磁共振成像(MRI)設(shè)備是眾所周知的醫(yī)學(xué)器械，并且廣泛應(yīng)用于醫(yī)療診斷目的。最近研究表明提供一種能夠在封閉式(close-bore)MRI內(nèi)通過(guò)遠(yuǎn)程控制來(lái)進(jìn)行外科手術(shù)的設(shè)備將具有極大的優(yōu)勢(shì)。一些醫(yī)用機(jī)器人已經(jīng)研制出來(lái)，但是每個(gè)都有一些顯著的缺陷。尤其是現(xiàn)存的一些醫(yī)用機(jī)器人使用定位在離MRI的等中心點(diǎn)1到2米的位置(事實(shí)上在孔的外面)的馬達(dá)并且通過(guò)機(jī)械連桿驅(qū)動(dòng)的。也有人提議遠(yuǎn)程手動(dòng)驅(qū)動(dòng)；MR兼容的區(qū)域控制在距離等中心點(diǎn)IOOcm以內(nèi)沒(méi)有磁和電元件；具有屏蔽電纜的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器和控制器置放在7米之外；馬達(dá)的電子設(shè)備和電源屏蔽在法拉第機(jī)箱內(nèi)；在掃描期間切斷供給馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器的電力；以及使用氣壓驅(qū)動(dòng)較大的機(jī)器人。這些機(jī)器人中沒(méi)有一個(gè)提供這樣的解決方案，即使用能夠定位在MRI等中心點(diǎn)附近的孔內(nèi)的超聲波馬達(dá)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識(shí)到對(duì)能在MRI中使用的可靠的機(jī)器人的需求。進(jìn)一步地， 提供一種具有容易使用的定位方法的醫(yī)用機(jī)器人將會(huì)有很大的優(yōu)勢(shì)。此外，提供一種能夠模擬某種解剖學(xué)特征的模型是有優(yōu)勢(shì)的，即能夠用于機(jī)器人定位，培訓(xùn)外科醫(yī)生和與MRI 中機(jī)器人的使用相結(jié)合的其他任務(wù)。提供其一部分能夠在MR圖像中可見(jiàn)的設(shè)備將會(huì)是有優(yōu)勢(shì)的。提供一種用來(lái)確定針的最佳軌跡的方法也將具有很大應(yīng)用前景。另外，提供一種包括病人支承部分并適于安裝醫(yī)用機(jī)器人，且用于MRI內(nèi)的手術(shù)平臺(tái)將是有用的。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的一個(gè)方面中，存在一種用于磁共振成像器內(nèi)的醫(yī)用機(jī)器人，所述磁共振成像器具有由豎向軸線限定的軸向平面和橫向軸線限定的徑向平面。所述醫(yī)用機(jī)器人可與醫(yī)用器械組件相聯(lián)接。所述醫(yī)用機(jī)器人包括水平運(yùn)動(dòng)組件，豎向運(yùn)動(dòng)組件和控制器。所述水平運(yùn)動(dòng)組件包括運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)、可與所述運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)可操作地相聯(lián)接的超聲波馬達(dá)以及與超聲波馬達(dá)可操作性地相聯(lián)的編碼器。所述超聲波馬達(dá)和編碼器定位成緊鄰所述關(guān)節(jié)。所述馬達(dá)的橫截面可定位于軸向平面或徑向平面中。所述豎向運(yùn)動(dòng)部件可與水平運(yùn)動(dòng)組件可操作性地相聯(lián)接。所述豎向運(yùn)動(dòng)組件包括運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)、與運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)可操作性地相聯(lián)接的超聲波馬達(dá)以及與超聲波馬達(dá)可操作性地相聯(lián)的編碼器。所述超聲波馬達(dá)和編碼器定位成緊鄰所述關(guān)節(jié)。所述醫(yī)用器械組件可與豎向運(yùn)動(dòng)組件或水平運(yùn)動(dòng)組件可操作性地相聯(lián)接。所述馬達(dá)的橫截面可定位于軸向平面或徑向平面中。所述控制器可操作地連接到所述水平運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)和豎向運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)。當(dāng)磁共振成像器用于采集圖像時(shí)，適于關(guān)閉所述控制器電源。在本發(fā)明的另一方面中，存在一種與磁共振成像器聯(lián)合使用的人造模型。所述人造模型包括由第一預(yù)定材料制成的試驗(yàn)人造模型器官；人造模型治療區(qū)域，其由與所述第一預(yù)定材料不同并且在磁共振成像中與第一預(yù)定材料可區(qū)分的第二預(yù)定材料制成；人造模型環(huán)繞結(jié)構(gòu)，其由第三預(yù)定材料制成，其中所述第三預(yù)定材料與所述第一、第二預(yù)定材料不同，并且在磁共振成像中與所述第一、第二預(yù)定材料可區(qū)分。在本發(fā)明的進(jìn)一步方面中，存在一種與醫(yī)用器械聯(lián)合使用的定位模型。所述定位模型包括外殼，其安裝在該醫(yī)用器械上的預(yù)定位置，以及能在磁共振成像中可見(jiàn)的至少一個(gè)通道，所述通道位于所述醫(yī)用器械上預(yù)定的興趣點(diǎn)位置。在本發(fā)明的進(jìn)一步方面中，存在一種與醫(yī)用機(jī)器人聯(lián)合使用的手術(shù)平臺(tái)，所述平臺(tái)具有引入醫(yī)用機(jī)器人的機(jī)器人導(dǎo)向裝置；以及支承病人并可調(diào)整其上病人位置的裝置。在本發(fā)明的另一方面中，提供了一種醫(yī)用器械，該醫(yī)用器械包括激光光纖，并將其置于充滿水和磁共振成像器可見(jiàn)流體的混合物通道中。在本發(fā)明的另一方面中，提供了一種確定針軌跡的方法，包括如下步驟提供預(yù)定區(qū)域的圖像；確定所述圖像上不正常區(qū)域的位置；根據(jù)所述不正常區(qū)域的位置計(jì)算規(guī)劃目標(biāo)體積；計(jì)算治療區(qū)域，其覆蓋所述規(guī)劃目標(biāo)體積；在預(yù)定范圍內(nèi)確定針的起始位置；以及計(jì)算從該起始位置到規(guī)劃目標(biāo)區(qū)域的針軌跡。本發(fā)明的進(jìn)一步特征將在下面進(jìn)行描述，或者在下面的詳細(xì)描述過(guò)程中會(huì)更加明
Mo


參照附圖，將僅通過(guò)實(shí)例描述本發(fā)明。在附圖中圖1是具有醫(yī)用器械組件的本發(fā)明醫(yī)用機(jī)器人的透視圖；圖2是圖1的醫(yī)用機(jī)器人和醫(yī)用器械組件的分離式透視圖；圖3是醫(yī)用機(jī)器人的水平和豎向直線運(yùn)動(dòng)組件的透視圖；圖4是醫(yī)用機(jī)器人三個(gè)方向旋轉(zhuǎn)組件的側(cè)視圖；圖5是醫(yī)用機(jī)器人三個(gè)方向旋轉(zhuǎn)組件的透視圖；圖6是可安裝到本發(fā)明的醫(yī)用機(jī)器人的醫(yī)用器械組件或套針的透視圖；圖7是圖6的醫(yī)用器械組件的俯視圖；圖8是圖6和7的醫(yī)用器械組件的側(cè)視圖。圖9是本發(fā)明的醫(yī)用機(jī)器人和將插入于本發(fā)明的醫(yī)用機(jī)器人的醫(yī)用器械組件的透視圖。圖10是醫(yī)用機(jī)器人和插入的醫(yī)用器械組件的主視圖；圖11是醫(yī)用機(jī)器人和插入的醫(yī)用器械組件的側(cè)視圖；圖12是示于人兩腿之間的醫(yī)用機(jī)器人和插入的醫(yī)用器械組件的透視圖；圖13是顯示了醫(yī)用機(jī)器人和插入的醫(yī)用器械組件的透視圖，顯示位置緊鄰側(cè)臥的人；圖14是本發(fā)明的醫(yī)用機(jī)器人替代實(shí)施方式的透視圖，其中，本發(fā)明的機(jī)器人具有置于其上的醫(yī)用器械組件；
圖15是圖14的醫(yī)用機(jī)器人和醫(yī)用器械組件的分離式透視圖；圖16是圖14的醫(yī)用機(jī)器人的水平和豎向直線運(yùn)動(dòng)組件的透視圖；圖17是圖14的醫(yī)用機(jī)器人和醫(yī)用儀器組件的醫(yī)用機(jī)器人的三個(gè)方向旋轉(zhuǎn)組件的側(cè)視圖；圖18是圖14的醫(yī)用機(jī)器人和醫(yī)用儀器組件的醫(yī)用機(jī)器人的三個(gè)方向旋轉(zhuǎn)組件的透視圖；圖19是可裝于本發(fā)明的醫(yī)用機(jī)器人的醫(yī)用儀器組件或套針的替代實(shí)施方式的透視圖；圖20是圖19的醫(yī)用器械組件的俯視圖。圖21是圖19的醫(yī)用器械組件的側(cè)視圖。圖22是圖14的醫(yī)用機(jī)器人的醫(yī)用機(jī)器人和將插入其上的醫(yī)用器械組件的透視圖；圖23是安裝了圖14的醫(yī)用機(jī)器人和醫(yī)用器械組件的醫(yī)用器械組件的醫(yī)用機(jī)器人的正視圖；圖M是安裝了圖14的醫(yī)用機(jī)器人和醫(yī)用器械組件的醫(yī)用器械組件的醫(yī)用機(jī)器人的側(cè)視圖；圖25是為支承病人并安裝本發(fā)明醫(yī)用機(jī)器人的平臺(tái)的透視圖；圖沈是圖25的平臺(tái)和安裝其上的本發(fā)明醫(yī)用機(jī)器人的側(cè)視圖。圖27是類似于圖25所示的透視圖，但是顯示了定位于其上的人的下部分；圖觀是本發(fā)明的醫(yī)用機(jī)器人的控制系統(tǒng)的示意圖；圖四是將RCM的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成驅(qū)動(dòng)器使用的模擬信號(hào)的電路圖；圖30是運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的電路圖；圖31是另一個(gè)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的電路圖；和圖32是醫(yī)用機(jī)器人和醫(yī)用器械組件的每個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)控制的框圖；圖33是與醫(yī)用器械組件聯(lián)合使用的定位模型的示意圖，其中a)是正視圖，b)是側(cè)視圖，c)是后視圖；圖34是圖33的定位模型的具體實(shí)施方式
的透視圖；圖35是圖34的定位模型的正視圖；圖36是圖34的定位模型的側(cè)視圖；圖37是圖34的定位模型的后視圖；圖38是類似于圖33a)所示的示意圖，但顯示了計(jì)算時(shí)的虛線；圖39是圖34所示的定位模型的磁共振圖像；圖40是與醫(yī)用器械組件結(jié)合使用的定位模型替代實(shí)施方式正視圖的示意圖；圖41是用于磁共振成像器中的前列腺模型的正視圖；圖42是圖41的前列腺模型的透視圖；圖43是圖41的前列腺模型的磁共振圖像；圖44是描述優(yōu)化針軌跡所需要治療參數(shù)的示意圖；圖45是針軌跡的限制示意圖；圖46是限制針軌跡的替代示意圖，并且顯示了兩個(gè)干擾區(qū)域；
圖47是顯示優(yōu)化針軌跡和治療區(qū)域位置的示意圖；圖48是顯示對(duì)不同權(quán)重因子的針位置優(yōu)化曲線圖；圖49是醫(yī)用器械組件的具體實(shí)施方式
激光器放大截面圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明涉及在磁共振成像(MRI)的引導(dǎo)下使用遠(yuǎn)程控制機(jī)器人的醫(yī)療過(guò)程。機(jī)器人的一個(gè)功能是將一件或更多件醫(yī)療器械送到根據(jù)人體磁共振(MR)圖像選定的人體內(nèi)位置。MR圖像也可以用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)插入和治療。機(jī)器人設(shè)備與MRI兼容并且位于MRI掃描器內(nèi)在一種應(yīng)用中，機(jī)器人設(shè)備用于組織切除。在本應(yīng)用中，目的是通過(guò)加熱或冷卻破壞可能含有某種尺寸和類型的癌變腫瘤組織的特定區(qū)域。在目前情況下，機(jī)器人將加熱或冷卻設(shè)備送到MRI指定的位置。加熱或冷卻則將破壞目標(biāo)區(qū)域的組織。在此應(yīng)用中，當(dāng)傳輸加熱或冷卻時(shí)，監(jiān)測(cè)組織的溫度變化。監(jiān)測(cè)溫度變化以確定達(dá)到了破壞目標(biāo)組織的足夠溫度，同時(shí)確保不會(huì)在非目標(biāo)(即健康的)組織發(fā)生超溫度變化(和由此產(chǎn)生損害)。下面將詳細(xì)描述一種監(jiān)測(cè)溫度變化的方法。參考圖1，本發(fā)明的醫(yī)用機(jī)器人概括地表示為10。醫(yī)用機(jī)器人10具有附著于其上的醫(yī)用器械組件或套針12。組合的醫(yī)用機(jī)器人10和醫(yī)用器械組件12是一個(gè)6自由度的機(jī)器人，用來(lái)在手動(dòng)控制穿孔之前在患者附近所選擇的位置對(duì)套針的針頭14進(jìn)行自動(dòng)定位(方向和位置)。舉例說(shuō)明，當(dāng)醫(yī)用機(jī)器人10用于前列腺外科手術(shù)時(shí)，套針14的針頭在手動(dòng)控制穿孔之前定位在會(huì)陰附近。應(yīng)當(dāng)理解的是，穿孔也是自動(dòng)進(jìn)行的。組合的醫(yī)用機(jī)器人10和醫(yī)用器械組件12具有3個(gè)直線運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)和3個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)，下面將對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)描述。如圖1中箭頭所示，3個(gè)線性關(guān)節(jié)影響水平平動(dòng)16，豎向平動(dòng)18和針的穿刺或插入 20 ；3個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)影響繞豎直軸回轉(zhuǎn)22，繞橫軸回轉(zhuǎn)M和繞縱軸回轉(zhuǎn)沈。醫(yī)用機(jī)器人10具有兩個(gè)獨(dú)立的直線運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)以分別實(shí)施水平平動(dòng)16和豎向平動(dòng) 18。圖3顯示了由水平和豎向運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)組成的機(jī)器人基座觀。水平運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)包括具有水平編碼器32的水平超聲波馬達(dá)30 (優(yōu)選USER30-E3N)，一對(duì)直齒輪34，一個(gè)水平梯形螺桿和螺母36，一對(duì)水平導(dǎo)軌36及一個(gè)水平移動(dòng)板(如圖2所示)31。導(dǎo)向螺桿35組合件裝有陶瓷轉(zhuǎn)動(dòng)軸承。驅(qū)動(dòng)器是具有保持力的超聲波馬達(dá)，其能夠鎖住關(guān)節(jié)位置而不需要其它馬達(dá)制動(dòng)器。從圖中可以看出，水平超聲波馬達(dá)30和水平編碼器32定位成緊鄰包括直齒輪 34、水平梯形螺桿和螺母35及水平直線導(dǎo)軌36等組成的水平運(yùn)動(dòng)組件。豎向運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)包括具有豎向編碼器41的豎向超聲波馬達(dá)40(優(yōu)選USR60-E3N)，一個(gè)同步皮帶和一對(duì)皮帶輪(未圖示)，一對(duì)豎向直線導(dǎo)軌37，豎向梯形螺紋導(dǎo)向螺桿和螺母 38，以及豎向移動(dòng)板39。從圖中可以看出，豎向超聲波馬達(dá)40和豎向編碼器41定位成緊鄰包括同步皮帶、皮帶輪、豎向直線導(dǎo)軌37以及豎向梯形螺桿和螺母38的豎向運(yùn)動(dòng)組件。由水平運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)和豎向運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)組成基座觀上的所有零件是由鋁或塑料制成的。它們都具有適當(dāng)?shù)拇琶舾行浴Ｈ鐖D4和5最佳所示，醫(yī)用機(jī)器人10具有三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)繞豎直軸回轉(zhuǎn)(pan)(在水平平面上轉(zhuǎn)動(dòng))，繞橫軸回轉(zhuǎn)(在豎向平面上傾斜升降)和繞縱軸回轉(zhuǎn)(旋轉(zhuǎn))。繞豎直軸回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)組件包括繞豎直軸回轉(zhuǎn)軸組件42，一對(duì)直齒輪43，同步皮帶44和皮帶輪46，以及具有繞豎直軸回轉(zhuǎn)編碼器50的繞豎直軸回轉(zhuǎn)超聲波馬達(dá)48 (優(yōu)選USR60-E3N)。繞豎直軸回轉(zhuǎn)超聲波馬達(dá)48和繞豎直軸回轉(zhuǎn)編碼器50定位成緊鄰包括繞豎直軸回轉(zhuǎn)軸組件42、 一對(duì)直齒輪、同步皮帶44和皮帶輪46的繞豎直軸回轉(zhuǎn)組件。繞橫軸回轉(zhuǎn)和繞縱軸回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)包括兩個(gè)具有繞橫軸回轉(zhuǎn)和繞縱軸回轉(zhuǎn)編碼器M的繞橫軸回轉(zhuǎn)和繞縱軸回轉(zhuǎn)超聲波馬達(dá)52(優(yōu)選USR60-E3N)以及錐齒輪差速機(jī)構(gòu)56。傳動(dòng)從馬達(dá)52至較小的驅(qū)動(dòng)錐齒輪，然后傳輸?shù)捷^大的驅(qū)動(dòng)錐齒輪。當(dāng)所述兩個(gè)驅(qū)動(dòng)錐齒輪以相同的速度，沿相同的方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)， 實(shí)現(xiàn)繞橫軸回轉(zhuǎn)移動(dòng)；當(dāng)兩個(gè)驅(qū)動(dòng)錐齒輪以相同的速度，沿相反的方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，實(shí)現(xiàn)繞縱軸回轉(zhuǎn)移動(dòng)。由于所述兩個(gè)馬達(dá)一起工作，實(shí)現(xiàn)了較大的輸出扭矩。與醫(yī)用機(jī)器人10 —起使用的醫(yī)用器械組件12可以有多種功能。在此處所示的構(gòu)造中，醫(yī)用器械組件移動(dòng)端點(diǎn)以便插入或穿刺。參照?qǐng)D6，7和8，此處所示的醫(yī)用器械組件或套針模塊12用于激光切除。醫(yī)用器械組件12的主要部件包括一個(gè)“治療針”(或“套針”)器械；推拉機(jī)構(gòu)62 ；沖擊塊64，沖擊氣缸65，具有編碼器68的超聲波馬達(dá)66 (優(yōu)選 USR60-E3N)(如圖11所示)，齒輪70，導(dǎo)向塊72和導(dǎo)向軸74。推拉機(jī)構(gòu)提供直線運(yùn)動(dòng)。醫(yī)用器械組件12包括鈦?zhàn)o(hù)套75和用于保護(hù)或冷卻激光擴(kuò)散頭的水冷功率激光器 76。推拉機(jī)構(gòu)62包括導(dǎo)向螺桿82，具有螺母的推桿84，水冷功率激光器76和護(hù)套鎖緊器 78的夾持架86。推拉機(jī)構(gòu)62將治療針器械推動(dòng)到目標(biāo)和縮回護(hù)套以顯露激光擴(kuò)散頭。推拉機(jī)構(gòu)62還適用于在外科手術(shù)做完后將所述治療針器械拉回。因此，推拉機(jī)構(gòu)提供直線運(yùn)動(dòng)，是醫(yī)用機(jī)器人10的第六自由度。導(dǎo)向螺桿82裝配有一對(duì)陶瓷轉(zhuǎn)動(dòng)軸承。為了使治療針器械獲得高插入速度，增加了一個(gè)氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)的沖擊塊64。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，激光治療器械可由具有可收縮的鈦?zhàn)o(hù)套、活體組織檢查器械和短距離放射治療器械來(lái)替換。圖10和圖11顯示了裝有醫(yī)用器械組件12的醫(yī)用機(jī)器人10，圖9顯示了醫(yī)用器械組件12尚未插入醫(yī)用機(jī)器人10。所述組合設(shè)備具有六個(gè)自由度，其中五個(gè)自由度在醫(yī)用機(jī)器人10中和一個(gè)自由度在醫(yī)用器械組件12中。在此處所示的實(shí)施方式中，醫(yī)用器械組件 12是用于激光切除的套針設(shè)備。然而，所述醫(yī)學(xué)器械也能夠是用來(lái)獲取活體組織的器械或短距離放射治療器械。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，醫(yī)用器械組件也能夠設(shè)計(jì)成任何或者所有的云臺(tái)和轉(zhuǎn)動(dòng)功能是醫(yī)用器械組件的部分，而不是醫(yī)用機(jī)器人。為了使操作員容易且快速地替換醫(yī)用器械組件12而不必調(diào)整醫(yī)用機(jī)器人10，在醫(yī)用機(jī)器人10和醫(yī)用器械組件12之間提供了簡(jiǎn)單的接口。具有2個(gè)銷的定位塊90被附著到每個(gè)醫(yī)用器械組件12的外殼92的下面。醫(yī)用器械組件12的外殼92插入到支承塊94 中，支承塊94與醫(yī)用機(jī)器人10上的一個(gè)大中空錐齒輪56接合。定位塊90定位成靠著支承塊94的后側(cè)，然后用指旋螺栓96鎖緊在適當(dāng)位置。這樣，醫(yī)用器械組件12能夠快速地安裝在基座組合件或醫(yī)用機(jī)器人10上。類似地，通過(guò)用指旋螺栓96解鎖并且將醫(yī)用器械組件12從支承塊94中拉出來(lái)，從而能夠快速且容易地移除醫(yī)用器械組件12。當(dāng)人如圖12所示的那樣躺著時(shí)，組合的醫(yī)用機(jī)器人10和醫(yī)用器械組件12能夠置放在人腿之間，或者在人如圖13所示的那樣，可放在他的側(cè)下部。圖14到22示出了具有變異的醫(yī)用器械組件的變異醫(yī)用機(jī)器人。醫(yī)用機(jī)器人100的6自由度用來(lái)自動(dòng)定位(方向和位置)醫(yī)用器械組件12或套針124。機(jī)器人具有3個(gè)直線運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)(水平的，豎向的和針穿刺方向)和3個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié) (繞豎直軸回轉(zhuǎn)，繞橫軸回轉(zhuǎn)和繞縱軸回轉(zhuǎn))。圖14的箭頭顯示了水平平動(dòng)102，豎向平動(dòng)104，針穿刺106，繞豎直軸回轉(zhuǎn)108，繞橫軸回轉(zhuǎn)110和繞縱軸回轉(zhuǎn)112。此外，機(jī)器人100 可以包括定位模型114。驅(qū)動(dòng)器是具有保持力的超聲波馬達(dá)，其能將針鎖定而不需要馬達(dá)制動(dòng)器。圖14提供了機(jī)器人100的示意圖，圖15提供了機(jī)器人100的分解圖。如圖15最佳所示，機(jī)器人100包括一個(gè)水平平動(dòng)組合件116，一個(gè)豎向平動(dòng)組合件 118，繞豎直軸回轉(zhuǎn)組合件120，繞橫軸回轉(zhuǎn)和繞縱軸回轉(zhuǎn)組合件122，針穿刺組合件IM和定位模型114。機(jī)器人具有兩個(gè)獨(dú)立的直線運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)以分別實(shí)施水平和豎向平動(dòng)。圖16顯示了機(jī)器人實(shí)施水平和豎向平動(dòng)的機(jī)器人基座的結(jié)構(gòu)。水平運(yùn)動(dòng)組合件116包括一個(gè)具有編碼器1 的超聲波馬達(dá)1 和線性滑動(dòng)臺(tái)130。豎向運(yùn)動(dòng)組合件118包括一個(gè)具有編碼器134 的超聲波馬達(dá)132和線性滑動(dòng)臺(tái)136。豎向運(yùn)動(dòng)組合件118可安裝于水平運(yùn)動(dòng)組合件116 上。超聲波馬達(dá)126和132優(yōu)選USR60-E3N馬達(dá)。水平運(yùn)動(dòng)組合件116和豎向運(yùn)動(dòng)組合件 118上的零件是用與磁共振(MR)相兼容的材料制造的。水平運(yùn)動(dòng)組合件116可安裝在基座137上?；?37形狀為容納與磁共振掃描儀配合使用的線圈。特別地，基座137有一個(gè)弓形端以容納直腸內(nèi)線圈(未圖示)。如圖17、18和20所示，機(jī)器人具有三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)繞豎直軸回轉(zhuǎn)108 (水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng))，繞橫軸回轉(zhuǎn)110 (豎向平面內(nèi)升降)和繞縱軸回轉(zhuǎn)112 (旋轉(zhuǎn))。繞豎直軸回轉(zhuǎn)組合件 120包括具有編碼器140的超聲波馬達(dá)138 (優(yōu)選USR60-E3N)、同步皮帶142、皮帶輪144和 146、繞豎直軸回轉(zhuǎn)軸組件148和一對(duì)齒輪150。繞橫軸回轉(zhuǎn)和繞縱軸回轉(zhuǎn)組合件122包括具有編碼器巧4的兩個(gè)超聲波馬達(dá)152 (優(yōu)選USR30-E3N)、兩個(gè)蝸桿齒輪減速器156和錐齒輪差速機(jī)構(gòu)158。傳動(dòng)從馬達(dá)152傳輸?shù)轿仐U齒輪減速器156，再傳輸?shù)捷^小的驅(qū)動(dòng)錐齒輪 (未圖示)和然后再傳輸?shù)捷^大的驅(qū)動(dòng)錐齒輪160。當(dāng)兩個(gè)驅(qū)動(dòng)錐齒輪以相同速度沿相同方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，實(shí)現(xiàn)繞橫軸回轉(zhuǎn)移動(dòng)；當(dāng)兩個(gè)驅(qū)動(dòng)錐齒輪以相同速度沿相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，實(shí)現(xiàn)繞縱軸回轉(zhuǎn)移動(dòng)。由于兩個(gè)馬達(dá)一起工作，因此獲得較大的輸出扭矩。圖19到圖21顯示了用于激光切除的穿刺組合件或套針模塊124。穿刺組合件 124包括主要零件“針”(或“套針”)工具；推拉機(jī)構(gòu)164 ；具有編碼器168的超聲波馬達(dá) 166(優(yōu)選USR60-E3N)，齒輪170，導(dǎo)向軸172和定位模型114?！搬槨惫ぞ甙ㄢ?或鎳鈦合金(nitilon))針174和用來(lái)保護(hù)或冷卻激光擴(kuò)散頭的水冷卻功率激光器176。推拉機(jī)構(gòu)164包括導(dǎo)向螺桿178，插入組合件180，用于水冷功率激光器的保持架組合件182，以及針鎖緊器184。推拉機(jī)構(gòu)164適于將針和激光器推動(dòng)到目標(biāo)，然后縮回針以顯露激光擴(kuò)散頭尖端。推拉機(jī)構(gòu)164還適于在完成外科手術(shù)后將“針”工具拉回。因此，推拉機(jī)構(gòu)提供線性運(yùn)動(dòng)，其為醫(yī)用機(jī)器人100的第六自由度。導(dǎo)向螺桿178 裝配有一對(duì)陶瓷轉(zhuǎn)動(dòng)軸承。穿刺組合件具有一個(gè)護(hù)罩186。圖22提供了具有套針模塊的醫(yī)用機(jī)器人100的概觀，該機(jī)器人可分成了兩個(gè)組合件，具體地講，五個(gè)主自由度的基座組合件188 ；和用于激光切除的套針模塊124。也可以使用其他套針模塊。例如也可使用用于活體組織檢查和短距離放射治療的套針。為了使操作員在不需要調(diào)整基座的情況下容易且快速地替換套針模塊，在基座組合件188和套針模塊IM之間設(shè)置了簡(jiǎn)單的接口。如圖22所示，具有2個(gè)銷的定位塊190 附著在每個(gè)套針模塊1 的殼體192的下面。通過(guò)將套針模塊124的殼體192插入到支承塊194的中空中，支承塊194與基座組合件188上的大中空錐齒輪160接合，并且定位塊190設(shè)置成靠著支承塊194的后側(cè)，然后用指旋螺栓96鎖定套針模塊124，就能快速地安裝到基座組合件上。當(dāng)在用指旋螺栓96解鎖并從支承塊中拉出后，套針模塊IM能夠快速且容易地從基座組合件188上移除。為病人提供支承并且適于安裝醫(yī)用機(jī)器人100的手術(shù)平臺(tái)在圖25中概括地表示為300。平臺(tái)300具有支承病人裝置和適于引入醫(yī)用機(jī)器人的導(dǎo)向器308，其中，支承病人裝置包括基座板302，臀部支承304和雙腿支承306。臀部支承304以靠鉸鏈鉸接的方式附著于基座板302的一端。臀部支承304呈C 形，其形狀適于聯(lián)接一對(duì)腿部支承306的兩個(gè)端部。一對(duì)腿部支承以靠鉸鏈鉸接的方式聯(lián)接于可調(diào)整的機(jī)構(gòu)組件310上。可調(diào)整的機(jī)構(gòu)310沿著位于其兩側(cè)的導(dǎo)向槽312滑動(dòng)。雙向扳手314使可調(diào)整機(jī)構(gòu)組件沿著基座板302前后移動(dòng)。使用時(shí)，臀部支承304和腿部支承都能夠調(diào)整，從而病人的骨盆以恰當(dāng)?shù)慕嵌榷ㄎ?。醫(yī)用機(jī)器人100的基座137安裝到機(jī)器人導(dǎo)向器308上方。機(jī)器人導(dǎo)向器308通常是楔形的。旋鈕318將機(jī)器人100保持在適當(dāng)位置。平臺(tái)300適于與病人運(yùn)輸設(shè)備(未圖示)一起使用。多個(gè)的定位器320設(shè)置在平臺(tái)100的下側(cè)，適于與病人運(yùn)輸設(shè)備接合。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所述的平臺(tái)僅用于舉例說(shuō)明，其提供了可適于其他類型的外科手術(shù)的特征。特別地，所述平臺(tái)提供了可調(diào)整病人的方位，并且可移動(dòng)醫(yī)用機(jī)器人固定位置。所述設(shè)備設(shè)計(jì)成手動(dòng)調(diào)整的。所述平臺(tái)由與磁共振成像(MRI)兼容的材料制造。如上所述，機(jī)器人的主要功能是將醫(yī)用器械運(yùn)送到指定位置。進(jìn)一步地，重要的是，機(jī)器人在MRI中發(fā)揮良好的功能。已經(jīng)確定的是，機(jī)器人的轉(zhuǎn)動(dòng)速度能夠影響到置于 MRI內(nèi)部的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)精確性。根據(jù)麥克斯韋公式，機(jī)器人轉(zhuǎn)動(dòng)移動(dòng)得越快，機(jī)器人和MRI 掃描儀的主磁場(chǎng)之間的電磁感應(yīng)越大。因此，減少轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)以降低機(jī)器人-MRI電磁感應(yīng)。醫(yī)用機(jī)器人100使用齒輪機(jī)構(gòu)來(lái)減少轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)。然而，其他達(dá)到同樣目的的方法也是可能的。機(jī)器人和MRI環(huán)境之間的電磁感應(yīng)的另一個(gè)潛在表現(xiàn)是產(chǎn)生了渦流。渦流是時(shí)變磁場(chǎng)在導(dǎo)電結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的電流。渦流的出現(xiàn)能顯著地降低MR圖像的質(zhì)量。因此，導(dǎo)電表面和結(jié)構(gòu)優(yōu)選降低到最小，理想情況下，減少到零。目前存在渦流源的裝備是馬達(dá)，以及在較小的程度上，編碼器。然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，隨著減少或消除傳導(dǎo)渦流的超聲波馬達(dá)和編碼器的研發(fā)，將會(huì)使用這種超聲波馬達(dá)和編碼器。在MRI環(huán)境中，因射頻(簡(jiǎn)稱RF)波和時(shí)變線性磁場(chǎng)梯度而出現(xiàn)時(shí)變磁場(chǎng)。為了很好地近似，射頻和梯度處理發(fā)生在垂直方向上。這表明如果可能將機(jī)器人的馬達(dá)沿優(yōu)選方向進(jìn)行定向，由射頻或梯度引起的渦電流能夠降低到最小。特別地，如果馬達(dá)位于軸向平面上，射頻感應(yīng)的渦流能夠達(dá)到最小，同時(shí)如果馬達(dá)位于徑向平面上，梯度感應(yīng)的渦流能達(dá)到最小。MR成像器的x，y和ζ平面在圖14中用101 概括地顯示。軸向平面由豎向或y軸限定，徑向平面由側(cè)向或ζ軸限定。從圖14可以看到， 醫(yī)用機(jī)器人100具有沿軸向平面和徑向平面定向的馬達(dá)的橫截面。在MRI環(huán)境中，存在與所述機(jī)器人產(chǎn)生電磁感應(yīng)的可能的多個(gè)電磁感應(yīng)源。其中一個(gè)主要的潛在源是采集用來(lái)形成MR圖像的數(shù)據(jù)的局部線圈。典型地，這些局部線圈構(gòu)建成創(chuàng)建一個(gè)具有正在成像的解剖構(gòu)造的封閉空間結(jié)構(gòu)。例如，當(dāng)對(duì)大腦成像時(shí)，典型地使用類似于頭盔的局部線圈。一種使與機(jī)器人與局部線圈的電磁感應(yīng)降低到最小的方法是從物理上將機(jī)器人的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)與局部線圈隔離開(kāi)。在本發(fā)明中，機(jī)器人馬達(dá)定位成與所述局部線圈具有特定距離(或更遠(yuǎn))。例如，在頭部線圈的情況下，機(jī)器人馬達(dá)能放置成與胸部齊平。在此處的實(shí)施方式中用作舉例說(shuō)明，美國(guó)馬達(dá)(USR60-E3N)應(yīng)放置成距離機(jī)器人的前部約30cm或者更遠(yuǎn)，且優(yōu)選沿軸線方向定向。當(dāng)較小的馬達(dá)(USR60-E3N)沿軸線方向定向放置時(shí)，它可以放置成小于30cm。MRI掃描操作產(chǎn)生影響編碼器的EMI (電磁感應(yīng))噪聲，且這些噪聲引起不精確的位置反饋?zhàn)x數(shù)。關(guān)聯(lián)地，超聲波馬達(dá)(υ/S)操作產(chǎn)生影響MR圖像清晰度的EMI噪聲。已經(jīng)確定的是，處理器(控制器)產(chǎn)生后者效果，同時(shí)使得前者更容易。測(cè)試過(guò)幾種用來(lái)避免這些影響的方法后，已經(jīng)確定“電源開(kāi)/關(guān)”解決方案是最佳的解決方案。具體地，已經(jīng)確定的是，接通和關(guān)閉控制器電源(3. 3V)，同時(shí)保持U/S電源 (24V)和編碼器電源(12V)接通，足以不產(chǎn)生顯著的EMI，這樣就生成可以接受的MR圖像和無(wú)噪聲的編碼器讀數(shù)。表1顯示了不同電源對(duì)MR圖像的影響。因此，具有最低功率的設(shè)備引起圖像變形是不期望的結(jié)果。表 權(quán)利要求
1.一種用于磁共振成像器內(nèi)部，且可安裝醫(yī)用器械組件的醫(yī)用機(jī)器人，所述醫(yī)用機(jī)器人包括水平運(yùn)動(dòng)組件，其包括運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)、可操作性地聯(lián)接于所述運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)的超聲波馬達(dá)和可操作性地聯(lián)接于超聲波馬達(dá)的編碼器，其中，所述超聲波馬達(dá)和編碼器定位成緊鄰所述運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)；豎向運(yùn)動(dòng)組件，其可操作地聯(lián)接于所述水平運(yùn)動(dòng)組件，所述豎向運(yùn)動(dòng)組件包括運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)、可操作地聯(lián)接于所述運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)的超聲波馬達(dá)和可操作地聯(lián)接于超聲波馬達(dá)的編碼器， 其中，所述超聲波馬達(dá)和編碼器定位成緊鄰所述關(guān)節(jié)，并且所述醫(yī)用器械組件可操作地聯(lián)接于所述水平運(yùn)動(dòng)組件和豎向運(yùn)動(dòng)組件中的一個(gè)上；以及控制器，其可操作地連接于所述水平運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)和豎向運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)。當(dāng)正在使用所述磁共振成像儀采集圖像時(shí)，適于切斷所述控制器電源。
2.如權(quán)利要求1所述的醫(yī)用機(jī)器人，其特征在于，所述醫(yī)用機(jī)器人還包括繞豎直軸回轉(zhuǎn)組件，其可操縱地聯(lián)接于所述水平運(yùn)動(dòng)組件和豎向運(yùn)動(dòng)組件中的一個(gè)上，并且所述醫(yī)用器械組件可操作地聯(lián)接于于所述繞豎直軸回轉(zhuǎn)組件、豎向運(yùn)動(dòng)組件和水平運(yùn)動(dòng)組件中的一個(gè)上，所述繞豎直軸回轉(zhuǎn)組件包括繞豎直軸回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、可操作地聯(lián)接于所述繞豎直軸回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的繞豎直軸回轉(zhuǎn)馬達(dá)以及可操作地聯(lián)接于所述繞豎直軸回轉(zhuǎn)馬達(dá)的繞豎直軸回轉(zhuǎn)編碼器，所述繞豎直軸回轉(zhuǎn)馬達(dá)和繞豎直軸回轉(zhuǎn)編碼器定位成緊鄰所述繞豎直軸回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)， 并且所述繞豎直軸回轉(zhuǎn)組件可操作地聯(lián)接于所述控制器。
3.如權(quán)利要求3所述的醫(yī)用機(jī)器人，其特征在于，所述繞豎直軸回轉(zhuǎn)組件還包括可操作地聯(lián)接于所述繞豎直軸回轉(zhuǎn)超聲波馬達(dá)的繞豎直軸回轉(zhuǎn)軸組件、同步皮帶和可操作地聯(lián)接于所述繞豎直軸回轉(zhuǎn)軸組件且可操作地聯(lián)接于所述醫(yī)用器械組件的皮帶輪。
4.如權(quán)利要求2和3中的任何一項(xiàng)所述的醫(yī)用機(jī)器人，其特征在于，所述醫(yī)用機(jī)器人還包括可操作地聯(lián)接于所述繞豎直軸回轉(zhuǎn)組件、豎向運(yùn)動(dòng)組件和水平運(yùn)動(dòng)組件中的一個(gè)的繞橫軸回轉(zhuǎn)組件，并且所述醫(yī)用器械組件可操作地聯(lián)接于所述繞橫軸回轉(zhuǎn)組件、繞豎直軸回轉(zhuǎn)組件、豎向運(yùn)動(dòng)組件和水平運(yùn)動(dòng)組件中的一個(gè)，所述繞橫軸回轉(zhuǎn)組件包括繞橫軸回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、可操作地聯(lián)接于所述繞橫軸回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的繞橫軸回轉(zhuǎn)馬達(dá)和可操作地聯(lián)接于所述繞橫軸回轉(zhuǎn)馬達(dá)的繞橫軸回轉(zhuǎn)編碼器，所述繞橫軸回轉(zhuǎn)馬達(dá)和繞橫軸回轉(zhuǎn)編碼器定位成緊鄰所述繞橫軸回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，并且所述繞橫軸回轉(zhuǎn)組件可操作地連接于所述控制器。
5.如權(quán)利要求4所述的醫(yī)用機(jī)器人，其特征在于，所述醫(yī)用機(jī)器人還包括繞縱軸回轉(zhuǎn)組件，其可操作地聯(lián)接于所述繞橫軸回轉(zhuǎn)組件、繞豎直軸回轉(zhuǎn)組件、豎向運(yùn)動(dòng)組件和水平運(yùn)動(dòng)組件中的一個(gè)，并且所述醫(yī)用器械組件可操作地聯(lián)接于所述繞縱軸回轉(zhuǎn)組件、繞橫軸回轉(zhuǎn)組件、繞豎直軸回轉(zhuǎn)組件、豎向運(yùn)動(dòng)組件和水平運(yùn)動(dòng)組件中的一個(gè)，所述繞縱軸回轉(zhuǎn)組件包括繞縱軸回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和可操作地聯(lián)接所述繞縱軸回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的繞縱軸回轉(zhuǎn)馬達(dá)以及可操作地聯(lián)接于所述繞縱軸回轉(zhuǎn)馬達(dá)的繞縱軸回轉(zhuǎn)編碼器，所述繞縱軸回轉(zhuǎn)馬達(dá)和繞縱軸回轉(zhuǎn)編碼器定位成緊鄰所述繞縱軸回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，并且所述繞縱軸回轉(zhuǎn)組件可操作地連接于所述控制器。
6.如權(quán)利要求5所述的機(jī)器人，其特征在于，所述繞橫軸回轉(zhuǎn)組件和繞縱軸回轉(zhuǎn)組件是組合式繞橫軸回轉(zhuǎn)和繞縱軸回轉(zhuǎn)組件。
7.如權(quán)利要求6所述的醫(yī)用機(jī)器人，其特征在于，所述組合式繞橫軸回轉(zhuǎn)和繞縱軸回轉(zhuǎn)組件還包括可操作地聯(lián)接于所述繞橫軸回轉(zhuǎn)超聲波馬達(dá)和繞縱軸回轉(zhuǎn)超聲波馬達(dá)的錐齒輪差動(dòng)機(jī)構(gòu)，并且所述錐齒輪差動(dòng)機(jī)構(gòu)可操作地聯(lián)接所述醫(yī)用器械組件。
8.如權(quán)利要求1到7中的任何一項(xiàng)所述的醫(yī)用機(jī)器人，其特征在于，所述水平運(yùn)動(dòng)組件還包括可操作地聯(lián)接于所述超聲波馬達(dá)的導(dǎo)向螺桿和一對(duì)直齒輪，所述一對(duì)直齒輪可操作地聯(lián)接于所述導(dǎo)向螺桿和水平板。
9.如權(quán)利要求1到8中的任何一項(xiàng)所述的醫(yī)用機(jī)器人，其特征在于，所述豎向運(yùn)動(dòng)組件還包括一個(gè)可操作地聯(lián)接所述超聲波馬達(dá)的導(dǎo)向螺桿，同步皮帶和一對(duì)皮帶輪，所述皮帶輪可操作地聯(lián)接于所述豎向?qū)蚵輻U和豎向板。
10.如權(quán)利要求1到9中的任何一項(xiàng)所述的醫(yī)用機(jī)器人，其特征在于，所述醫(yī)用器械組件是套針，并且所述套針可操作地連接于所述控制器。
11.如權(quán)利要求1到10中的任何一項(xiàng)所述的醫(yī)用機(jī)器人，其特征在于，所述醫(yī)用器械組件包括一個(gè)推拉機(jī)構(gòu)，所述推拉機(jī)構(gòu)可操作地聯(lián)接于緊鄰其定位的所述超聲波馬達(dá)，并且推拉機(jī)構(gòu)提供直線運(yùn)動(dòng)。
12.如權(quán)利要求11所述的醫(yī)用機(jī)器人，其特征在于，所述推拉機(jī)構(gòu)包括可操作地聯(lián)接于所述超聲波馬達(dá)的導(dǎo)向螺桿、可操作地聯(lián)接于所述導(dǎo)向螺桿的支架，其用于夾持激光治療器，以及可操作地聯(lián)接于所述導(dǎo)向螺桿的鎖緊器。
13.如權(quán)利要求11所述的醫(yī)用機(jī)器人，其特征在于，所述醫(yī)用器械組件還包括具有鈦?zhàn)o(hù)套的激光擴(kuò)散器。
14.如權(quán)利要求11、12和13中的任何一項(xiàng)所述的醫(yī)用機(jī)器人，其特征在于，所述醫(yī)用器械組件還包括氣壓驅(qū)動(dòng)的沖擊塊，其可操作地聯(lián)接于所述推拉機(jī)構(gòu)。
15.如權(quán)利要求1到14中的任何一項(xiàng)所述的醫(yī)用機(jī)器人，其特征在于，所述醫(yī)用機(jī)器人還包括可操作地聯(lián)接于所述控制器的控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制所述控制器，且與所述控制器相隔離。
16.如權(quán)利要求1到15中的任何一項(xiàng)所述的醫(yī)用機(jī)器人，其特征在于，所述醫(yī)用器械是可拆卸和可消毒的。
17.如權(quán)利要求1到16中的任何一項(xiàng)所述的醫(yī)用機(jī)器人，其特征在于，所述磁共振成像器具有豎向軸線定義的軸向平面和橫向軸線定義的徑向平面，其中，每個(gè)馬達(dá)的橫截面定位于軸向平面和徑向平面中的一個(gè)上。
18.如權(quán)利要求1到17中的任何一項(xiàng)所述的醫(yī)用機(jī)器人，其特征在于，所述多個(gè)馬達(dá)中的每一個(gè)定位成距離所述磁共振成像器中所使用的局部線圈預(yù)定的距離，從而其定位能夠降低其與所述磁共振成像器的電磁感應(yīng)。
19.如權(quán)利要求1到18中的任何一項(xiàng)所述的醫(yī)用機(jī)器人，其特征在于，所述醫(yī)用機(jī)器人還包括可操作地聯(lián)接于至少其中的一個(gè)馬達(dá)的齒輪系，從而所述齒輪系適于減低所述運(yùn)動(dòng)速度。
20.如權(quán)利要求19所述的醫(yī)用機(jī)器人，其特征在于，所述醫(yī)用機(jī)器人還包括聯(lián)接于多個(gè)所述馬達(dá)的多個(gè)齒輪系，從而所述齒輪系適于減低所述運(yùn)動(dòng)速度。
21.如權(quán)利要求1到20中的任何一項(xiàng)所述的醫(yī)用機(jī)器人，其特征在于，所述控制器在打開(kāi)所述磁共振成像器，成像和停止所述磁共振成像器成像之間可交替地快速關(guān)閉和打開(kāi)所述控制器，從而使成像與運(yùn)動(dòng)交替進(jìn)行。
22.如權(quán)利要求21所述的醫(yī)用機(jī)器人，其特征在于，所述成像包括成像序列，所述成像序列是具有短回波時(shí)間的梯度回波脈沖序列和具有短回波時(shí)間的快速自旋回波脈沖序列中的一種。
23.如權(quán)利要求20所述的醫(yī)用機(jī)器人，其特征在于，所述成像包括成像序列，所述成像序列包括3種不同的脈沖序列，其包括長(zhǎng)回波時(shí)間的快速自旋回波、Tl-加權(quán)快速自旋回波和短重復(fù)時(shí)間梯度回波。
24.如權(quán)利要求1到M中的任何一項(xiàng)所述的醫(yī)用機(jī)器人，其特征在于，所述醫(yī)用機(jī)器人還包括安裝于所述醫(yī)用器械組件的定位模型。
25.如權(quán)利要求M所述的醫(yī)用機(jī)器人，其特征在于，所述定位模型包括安裝于所述醫(yī)用器械組件上預(yù)定位置的殼體，形成于所述殼體上且能在磁共振圖像中可視的至少一個(gè)通道，所述通道位于所述醫(yī)用器械組件上的感興趣的預(yù)定位置處。
26.如權(quán)利要求25所述的醫(yī)用機(jī)器人，其特征在于，所述至少一個(gè)通道是屬于多個(gè)通道中的。
27.如權(quán)利要求沈所述的醫(yī)用機(jī)器人，其特征在于，存在四個(gè)通道。
28.如權(quán)利要求25所述的醫(yī)用機(jī)器人，其特征在于，所述至少一個(gè)通道是環(huán)形圈。
29.如權(quán)利要求25、26、27和28中的任何一項(xiàng)所述的醫(yī)用機(jī)器人，其特征在于，每個(gè)通道充滿了水和磁共振成像器可視流體的混合物。
30.如權(quán)利要求1到四中的任何一項(xiàng)所述的醫(yī)用機(jī)器人，其特征在于，所述醫(yī)用器械包括具有環(huán)繞通道的激光光纖，所述環(huán)繞通道充滿了水和磁共振成像器可視流體的混合物。
31.如權(quán)利要求1到30中的任何一項(xiàng)所述的醫(yī)用機(jī)器人，其特征在于，所述醫(yī)用機(jī)器人還包括一個(gè)平臺(tái)，所述平臺(tái)具有適于引入醫(yī)用機(jī)器人的機(jī)器人導(dǎo)向器和適于調(diào)整其上病人位置的病人支承部分的裝置。
32.如權(quán)利要求31所述的醫(yī)用機(jī)器人，其特征在于，所述平臺(tái)包括基座，所述病人支承部件包括以鉸鏈鉸接的附著于所述基座的臀部支承和以鉸鏈鉸接的附著于所述臀部支承的腿部支承。
33.如權(quán)利要求30和31中的任何一項(xiàng)所述的醫(yī)用機(jī)器人，其特征在于，所述病人支承部分還包括可操作地聯(lián)接于所述腿部支承的可調(diào)整機(jī)械組件，從而所述可調(diào)整機(jī)械的移動(dòng)使所述臀部支承相對(duì)于所述腿部支承重新定位。
34.如權(quán)利要求33所述的醫(yī)用機(jī)器人，其特征在于，所述醫(yī)用機(jī)器人還包括位于基座兩側(cè)且每側(cè)一個(gè)的一對(duì)導(dǎo)向器，所述可調(diào)整機(jī)械組件與所述導(dǎo)向器接合且可沿所述導(dǎo)向器移動(dòng)。
35.如權(quán)利要求34所述的醫(yī)用機(jī)器人，其特征在于，所述機(jī)器人沿所述機(jī)器人導(dǎo)向器是可移動(dòng)的。
36.一種與所述磁共振成像器聯(lián)合使用的人造模型器官，包括具有病灶的人造模型器官，其由第一預(yù)定材料制成；人造模型可治療區(qū)域，其由與所述第一預(yù)定材料不同并且在磁共振成像中與第一預(yù)定材料可區(qū)分的第二預(yù)定材料制成；以及人造模型外部結(jié)構(gòu)，其由第三預(yù)定材料制成，其中所述第三預(yù)定材料與所述第一、第二預(yù)定材料不同，并且在磁共振成像中與所述第一、第二預(yù)定材料可區(qū)分。
37.如權(quán)利要求36所述的人造模型，其特征在于，所述人造模型器官是人造前列腺模型，所述人造模型治療區(qū)域是人造模型腫瘤并且所述人造模型外部是會(huì)陰。
38.如權(quán)利要求36和37中的任何一項(xiàng)所述的人造模型，其特征在于，所述人造模型還包括位于所述人造模型外部結(jié)構(gòu)上的通道。
39.如權(quán)利要求38所述的人造模型，其特征在于，所述通道對(duì)應(yīng)于直腸。
40.如權(quán)利要求36到39中的任何一項(xiàng)所述的人造模型，其特征在于，所述人造模型還包括人造模型尿道，其中，所述人造模型尿道是由在磁共振成像中可區(qū)分的第四預(yù)定材料制成。
41.一種與醫(yī)用器械聯(lián)合使用的定位模型，包括 外殼，其可安裝于所述醫(yī)用器械上的預(yù)定位置，以及至少一個(gè)通道，其在磁共振成像中是可見(jiàn)的，所述通道位于所述醫(yī)用器械組件上感興趣的預(yù)定位置。
42.如權(quán)利要求41所述的定位模型，其特征在于，所述至少一個(gè)通道是多個(gè)通道。
43.如權(quán)利要求42所述的定位模型，其特征在于，存在四個(gè)通道。
44.如權(quán)利要求42所述的定位模型，其特征在于，所述至少一個(gè)通道是環(huán)形圈。
45.如權(quán)利要求41到44中的任何一項(xiàng)所述的定位模型，其特征在于，每一個(gè)通道充滿了水和磁共振成像器可視流體的混合物。
46.一種與醫(yī)用機(jī)器人聯(lián)合使用的平臺(tái)，包括具有用于引入所述醫(yī)用機(jī)器人的機(jī)器人導(dǎo)向器的平臺(tái)；和病人支承部分，其適于調(diào)整其上病人的位置。
47.如權(quán)利要求46所述的平臺(tái)，其特征在于，所述平臺(tái)包括基座，并且所述病人支承部分包括以靠鉸鏈鉸接裝于所述基座的臀部支承和以靠鉸鏈鉸接裝于所述臀部支承的腿部支承。
48.如權(quán)利要求46和47中的任何一項(xiàng)所述的平臺(tái)，其特征在于，所述病人支承部分還包括可聯(lián)接于所述腿部支承的可調(diào)整機(jī)械組件，由此所述可調(diào)整機(jī)械的移動(dòng)使所述臀部支承相對(duì)于腿部支承重新定位。
49.如權(quán)利要求48所述的平臺(tái)，其特征在于，所述平臺(tái)還包括位于基座兩側(cè)且一側(cè)一個(gè)的一對(duì)導(dǎo)向器，以及所述調(diào)整機(jī)械組件接合所述導(dǎo)向器并且可沿所述導(dǎo)向器移動(dòng)。
50.如權(quán)利要求46到49中的任何一項(xiàng)所述的平臺(tái)，其特征在于，所述機(jī)器人可沿所述機(jī)器人導(dǎo)向器移動(dòng)。
51.所述醫(yī)用器械包括激光光纖，所述激光光纖具有充滿水和磁共振成像器可見(jiàn)流體的混合物的環(huán)繞通道。
52.一種確定針軌跡的方法，包括如下步驟 提供預(yù)定區(qū)域的圖像；確定所述圖像上不正常區(qū)域的位置； 根據(jù)所述不正常區(qū)域的位置計(jì)算規(guī)劃目標(biāo)體積； 計(jì)算治療區(qū)域，由此所述治療區(qū)域覆蓋所述規(guī)劃目標(biāo)體積； 在預(yù)定范圍內(nèi)確定針的起始位置；以及計(jì)算從所述針開(kāi)始位置到規(guī)劃目標(biāo)區(qū)域的針軌跡。
53.如權(quán)利要求52所述的方法，其特征在于，所述方法還包括如下步驟確定圖像上具有病灶的至少一個(gè)區(qū)域的位置。
54.如權(quán)利要求53所述的方法，其特征在于，所述具有病灶區(qū)域是器官，并且所述不正常的區(qū)域是腫瘤。
55.如權(quán)利要求52到M中的任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述方法還包括如下步驟根據(jù)圖像確定至少一個(gè)回避區(qū)域的位置，其中，所述計(jì)算針軌跡包括避開(kāi)所述回避區(qū)域的要素。
56.如權(quán)利要求55所述的方法，其特征在于，每個(gè)回避區(qū)域是骨骼。
57.如權(quán)利要求52到56中的任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述圖像是磁共振成像。
58.如權(quán)利要求52到57中的任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述方法還包括從所述圖像確定溫度估值圖像的步驟。
59.如權(quán)利要求58所述的方法，其特征在于，所述方法還包括如下步驟根據(jù)所述溫度估值圖像確定實(shí)際治療區(qū)域是否等于所述規(guī)劃治療區(qū)域。
60.如權(quán)利要求52到59中的任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述方法還包括控制可附著于醫(yī)用器械組件的醫(yī)用機(jī)器人的步驟，所述醫(yī)用機(jī)器人包括超聲波馬達(dá)、編碼器和控制器，并且所述醫(yī)用機(jī)器人在磁共振成像器中與人體聯(lián)合使用，其控制方法包括如下步驟移動(dòng)所述醫(yī)用機(jī)器人上的超聲波馬達(dá)，使所述醫(yī)用機(jī)器人定位于所述人體的外面； 關(guān)閉所述控制器； 打開(kāi)所述磁共振成像器并且成像； 關(guān)閉所述磁共振成像器；移動(dòng)所述超聲波馬達(dá)，從而移動(dòng)所述醫(yī)用機(jī)器人上的醫(yī)用器械組件，由此所述醫(yī)用器械組件的一部分位于所述人體的內(nèi)部； 關(guān)閉所述控制器；以及打開(kāi)所述磁共振成像器。
61.如權(quán)利要求60所述的方法，其特征在于，所述組合的醫(yī)用機(jī)器人和器械組件是具有6個(gè)自由度的醫(yī)用機(jī)器人，并且所述超聲波馬達(dá)適于定位在所述磁共振成像器的等中心內(nèi)部。
62.如權(quán)利要求61所述的方法，其特征在于，所述磁共振成像器具有由縱向軸線限定的軸向平面和由豎向軸線限定的徑向平面，并且每個(gè)馬達(dá)的橫截面都定位于軸向平面和徑向平面中的一個(gè)上。
63.一種控制可附著于醫(yī)用器械組件的醫(yī)用機(jī)器人的方法，所述醫(yī)用機(jī)器人包括超聲波馬達(dá)、編碼器和控制器，并且所述醫(yī)用機(jī)器人在磁共振成像器中與人體聯(lián)合使用，所述方法包括如下步驟移動(dòng)所述醫(yī)用機(jī)器人上的超聲波馬達(dá)，使所述醫(yī)用機(jī)器人定位于所述人體的外面； 關(guān)閉所述控制器； 打開(kāi)所述磁共振成像器并且成像； 關(guān)閉所述磁共振成像器；移動(dòng)所述超聲波馬達(dá)，從而移動(dòng)所述醫(yī)用機(jī)器人上的醫(yī)用器械組件，由此所述醫(yī)用器械組件的一部分位于所述人體的內(nèi)部；關(guān)閉所述控制器；以及開(kāi)啟所述磁共振成像器。
64.如權(quán)利要求63所述的方法，其特征在于，所述組合的醫(yī)用機(jī)器人和醫(yī)用器械組件是具有6個(gè)自由度的醫(yī)用機(jī)器人，并且所述超聲波馬達(dá)適于定位在所述磁共振成像器的等中心內(nèi)部。
65.如權(quán)利要求63和64中的任何一項(xiàng)所述的醫(yī)用機(jī)器人，其特征在于，所述成像包括成像序列，所述成像序列包括具有短回波時(shí)間的梯度回波脈沖序列和具有短回波時(shí)間的快速自旋回波脈沖中的一種。
66.如權(quán)利要求63和64中的任何一項(xiàng)所述的醫(yī)用機(jī)器人，其特征在于，所述成像包括成像序列，所述成像序列包括3種不同的脈沖序列，其包括長(zhǎng)回波時(shí)間的快速自旋回波、 Tl-加權(quán)快速自旋回波和短重復(fù)時(shí)間的梯度回波。
全文摘要
一種用于磁共振成像器內(nèi)部的醫(yī)用機(jī)器人包括水平運(yùn)動(dòng)組件、豎向運(yùn)動(dòng)組件和控制器。所述水平運(yùn)動(dòng)組件包括運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)、可操作地聯(lián)接于所述運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)的超聲波馬達(dá)以及可操作地聯(lián)接于所述超聲波馬達(dá)的編碼器。所述馬達(dá)和編碼器定位成緊鄰所述水平運(yùn)動(dòng)組件的關(guān)節(jié)。所述豎向運(yùn)動(dòng)組件可操作地聯(lián)接于所述水平運(yùn)動(dòng)組件，所述豎向運(yùn)動(dòng)組件包括運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)、可操作地聯(lián)接于所述運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)的超聲波馬達(dá)以及可操作地聯(lián)接于所述超聲波馬達(dá)的編碼器。所述馬達(dá)和編碼器定位成緊鄰所述豎向運(yùn)動(dòng)組件的關(guān)節(jié)。所述控制器可操作地聯(lián)接于其上，并且當(dāng)正在使用所述磁共振成像儀采集圖像時(shí)，所述控制器適于切斷電源。所述醫(yī)用器械組件可連接到所述醫(yī)用機(jī)器人。
文檔編號(hào)A61B5/055GK102159152SQ200980132150
公開(kāi)日2011年8月17日 申請(qǐng)日期2009年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月18日
發(fā)明者A·A·戈登堡, J·特拉亨伯格, M·S·薩斯曼, M·海德, R·A·韋爾辛克, U·林德納, W·庫(kù)哈爾奇克, 楊毅, 麻亮 申請(qǐng)人:大學(xué)健康網(wǎng)絡(luò), 工程服務(wù)公司