用于MRI中的手术机器人系统技术方案

用于与MRI一起使用的手术机器人组件，包括手术机器人、控制器、线缆、专用房间地面和滤波器。手术机器人包括至少一个超声马达并且其中的所有马达是超声马达。控制器与手术机器人隔开，并且位于MRI室之外。控制器具有至少一个模拟输出、至少一个数字输入、至少两个数字输出以及至少一个编码器读取器通道。线缆可操作地将手术机器人的马达附接至控制器并被RF屏蔽。线缆可操作地连接至专用房间地面。滤波器可操作地连接至线缆，所述线缆在手术机器人的马达和控制器之间可操作地连接，并且滤波器具有调谐至MRI的截止频率。

Surgical Robot System for MRI

Surgical robotic components for use with MRI include surgical robots, controllers, cables, dedicated room floors and filters. The surgical robot includes at least one ultrasonic motor and all of the motors are ultrasonic motors. The controller is separated from the surgical robot and is located outside the MRI room. The controller has at least one analog output, at least one digital input, at least two digital output and at least one encoder reader channel. The cable operatively attaches the motor of the surgical robot to the controller and is shielded by RF. Cables are operatively connected to the floor of a dedicated room. The filter is operatively connected to the cable, which is operatively connected between the motor and the controller of the operating robot, and the filter has a cut-off frequency tuned to the MRI.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于MRI中的手术机器人系统专利
本公开涉及医疗机器人系统，并且尤其涉及用于MRI中的医疗机器人系统。
技术介绍
众所周知，医学共振成像(MRI)装置具有优异的软组织分辨率并产生最小的辐照危害。由于这些优点，MRI引导的基于机器人的微创手术已成为一种重要的手术工具。目前可使用许多手术机器人，但并非所有手术机器人都与MRI兼容。例如，名为DAVINCITM的IntuitiveSurgicalInc.机器人与MRI不兼容。相比之下，INNOMOTIONTM机器人臂(InnoMédicInc.)、NEUROARMTM机器人(UniversityofCalgary)和MRI-PTM机器人(EngineeringServicesInc.)都是MRI兼容的。然而，即使是那些MR兼容的机器人也可能无法在MRI扫描操作期间进行操作。机器人尚未在MRI环境中广泛使用的主要原因是MRI不兼容性，并且更具体地说，是实时术中成像的限制。专利技术概述用于与MRI一起使用的手术机器人组件包括手术机器人、控制器、线缆、专用房间地面和滤波器。手术机器人包括至少一个超声马达并且其中的所有马达是超声马达。控制器与手术机器人隔开，并且位于MRI室之外。控制器具有至少一个模拟输出；至少一个数字输入、至少两个数字输出以及至少一个编码器读取器通道。线缆可操作地将手术机器人的马达附接至控制器并被RF屏蔽。线缆可操作地连接至专用房间地面。滤波器可操作地连接至线缆，所述线缆在手术机器人的马达和控制器之间可操作地连接，并且滤波器具有调谐至MRI的截止频率。手术机器人可以包括多个马达，并且控制器可以包括多个模拟输出，并且多个马达可以可操作地附接至同一控制器。控制器可以是USB4TM控制器。线缆可被铜管套屏蔽。手术机器人可以包括多个马达，并且每个马达具有在马达与控制器之间的线缆，并且多个线缆可以在铜管套中束在一起。多个马达可以可操作地附接至同一控制器。专用地面可以附接至线缆并且附接至MRI室的壁。滤波器可以是低通滤波器。MR扫描仪可以是PHILIPS3.0TTMMR扫描仪并且低通滤波器可以具有3.2MHz的3DB截止频率。滤波器可以是SPECTRUMCONTROL-56-705-003-FILTEREDDTMSub-连接器。其它特征将在以下详述的过程中描述或将变得显而易见。附图说明现参考附图，仅通过实例的方式来描述实施例，其中：图1是用于MRI中的现有技术的手术机器人的透视图；图2是图1的现有技术的手术机器人中的超声马达与计算机之间连接的示意图；图3是用于MRI中的改进的手术机器人的透视图；图4是改进的手术机器人的透视图，类似于图3所示的，但示出了MRI、MRI台和MRI室壁；图5是改进的手术机器人的超声马达与计算机之间连接的示意图；图6是改进的手术机器人的多个超声马达与计算机之间的连接的示意图；图7A和图7B是图3的改进的手术机器人的屏蔽套和线缆的截面图，其中图7A显示了屏蔽套中的单个马达线缆和单个编码器线缆，并且图7B显示了在单个屏蔽套中的多个马达线缆和多个编码器线缆；图8的(A)至(C)是使用现有技术的手术机器人拍摄的2-DFGRE(轴向)肉片的一系列MRI图像，其中(A)是没有马达，(B)是马达通电且没有运动，和(C)是马达移动；图9的(A)至(C)是使用具有经屏蔽的线缆的手术机器人拍摄的2-DFSET2(轴向)肉片的一系列MRI图像，其中(A)是没有马达，(B)是马达通电且没有运动，和(C)是马达移动；图10的(A)至(C)是使用具有经屏蔽的线缆的手术机器人拍摄的2-DFGRE(轴向)肉片的一系列MRI图像，其中(A)是没有马达，(B)是马达通电且没有运动，和(C)是马达移动；图11的(A)和(B)是使用具有USB4TM控制器和经屏蔽的线缆的手术机器人拍摄的2-DFSET2(轴向)的假想图的一系列MRI图像，其中(A)是没有马达和(B)是马达移动；图12的(A)和(B)是使用图3的改进的手术机器人组件拍摄的2-DFGRE(轴向)肉片的一系列MRI图像，其中(A)是马达通电且没有运动，和(B)是马达移动；和图13的(A)至(C)是使用图3的改进的手术机器人组件拍摄的2-DFGRE(轴向)的小西瓜的一系列MRI图像，其中(A)是马达通电且没有运动，(B)是手术机器人移动的转塔模块，和(C)是手术工具移动。专利技术详述参考图1，用于MRI中的现有技术的手术机器人系统总体上由10示出。举例来说，手术机器人系统10包括使用超声马达的六自由度手术机器人11。手术机器人11具有附接其上的手术工具12并且可在一对轨道14上移动。手术工具12可包括超声马达。轨道14通常将包括用于沿着轨道移动手术机器人10的一对超声马达。参考图2，图1中所示的现有技术的手术机器人系统10包括多个超声马达16。每个超声马达16可操作地连接至编码器18。每个超声马达16和编码器18可操作地连接至马达驱动器20。马达驱动器20可操作地连接至控制器22，所述控制器22包括PWM(脉冲宽度调制)和PWM信号滤波器23。控制器22和马达驱动器20位于电子盒24中，并且用线缆26连接至手术机器人10的马达16和编码器18。电子线缆26被铝膜屏蔽。电子盒24中的控制器22可操作地连接至计算机26。图1和2中所示的现有技术的机器人组件详细描述于2015年2月11日提交的标题为"SurgicalRobot"且Goldenberg等人作为专利技术人的美国专利申请no.14/619,978中。现有技术的手术机器人系统10与MRI兼容，但如果马达启动，则MR图像以噪声和伪影的形式而劣化，如果马达正在移动，则MR图像的劣化增高。这可以在图8所示的MR图像中清楚地看到，其中(A)是没有马达的MR图像，(B)是马达通电且没有运动，和(C)是马达移动。超声马达(USM)运动是通过接触摩擦而机械产生的，而不是机电产生的；其没有铁磁部件。因此，超声马达被认为适合于MRI环境，并且可以用于在MRI孔中或附近工作的设备中。然而，控制马达运动的马达驱动器电子设备通常在MR图像中产生噪声。通常，当马达驱动器电子设备通电时，它们产生RF噪声。此外，马达/编码器线缆可以用作发射干扰MR成像过程的RF信号的天线。这种干扰是以MR图像中的噪声和伪影的形式。噪声和伪影限制了超声马达在MRI环境中的使用。在图1所示的现有技术的机器人10中，超声马达的操作(运动)和MR成像(扫描)是嵌入的。虽然广泛接受，但该解决方案限制了操作功能。或者，超声马达驱动器以MRI引发顺序(firingsequence)被“调谐(tuned-up)”至驱动器。当扫描序列处于静止状态时，调谐激活了驱动器，反之亦然。该方法实施起来很麻烦。下面参考图3至图6，描述了与MRI一起使用的改进的手术机器人系统。改进的手术机器人系统30在使用超声马达时极大地减少了MRI图像中的噪声和伪影。参考图3，改进的手术机器人系统总体上由30示出。改进的手术机器人系统30类似于图1中所示的系统。然而，手术机器人11、手术工具12和一对轨道14中的每一个与计算机28的连接是不同的。手术机器人11、手术工具12和轨道14中的每一个的超声马达用线缆34可操作地连接至控制器32(图5和图6中所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.与MRI扫描仪一起使用的手术机器人组件，其容纳在MRI室中，其包括：手术机器人，其具有至少一个超声马达，其中所有的马达是超声马达；控制器，其与所述手术机器人隔开并且位于所述MRI室之外，所述控制器具有至少一个模拟输出、至少一个数字输入、至少两个数字输出以及至少一个编码器读取器通道；线缆，其可操作地将所述手术机器人的马达附接至所述控制器，所述线缆被RF屏蔽；专用房间地面，并且在所述手术机器人的马达与所述控制器之间可操作地连接的线缆可操作地连接其上；以及滤波器，其可操作地连接至在所述手术机器人的马达与所述控制器之间可操作地连接的所述线缆，所述滤波器具有调谐至MRI的截止频率。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.04.06 US 15/092,2301.与MRI扫描仪一起使用的手术机器人组件，其容纳在MRI室中，其包括：手术机器人，其具有至少一个超声马达，其中所有的马达是超声马达；控制器，其与所述手术机器人隔开并且位于所述MRI室之外，所述控制器具有至少一个模拟输出、至少一个数字输入、至少两个数字输出以及至少一个编码器读取器通道；线缆，其可操作地将所述手术机器人的马达附接至所述控制器，所述线缆被RF屏蔽；专用房间地面，并且在所述手术机器人的马达与所述控制器之间可操作地连接的线缆可操作地连接其上；以及滤波器，其可操作地连接至在所述手术机器人的马达与所述控制器之间可操作地连接的所述线缆，所述滤波器具有调谐至MRI的截止频率。2.如权利要求1所述的手术机器人组件，其中所述手术机器人包括多个马达和多个编码器并且所述控制器包括多个模拟输出和多个编码器读取器通道，并且所述多个马达和所述多个编码器可操作地附接至同一控制器。3.如权利要求1或2所述的手术机器人组件，其中所述控制器是...

【专利技术属性】
技术研发人员：安德鲁·A·戈登伯格，杨毅，麻亮，
申请(专利权)人：工程服务公司，
类型：发明
国别省市：加拿大,CA