适用于实时MRI引导下的微创手术的MR-safe机器人针驱动器：一项可行性研究

《International Journal of Computer Assisted Radiology and Surgery》：MR-safe robotic needle driver for real-time MRI-guided minimally invasive procedures: a feasibility study

MR安全气动驱动针机构设计及测试显示其SNR变化最大6.6%几何畸变0.24%定位精度2.38±1.00mm适用于MRI引导介入治疗|MRI安全|气动驱动器|自动针插入|定位精度

　　

摘要

目的

本文报道了一种适用于磁共振成像（MRI）的机器人针驱动器的研发和可行性测试结果。该针驱动器采用气动驱动方式，设计用于在MRI扫描仪内沿直线轨迹自动插入和拔出针头。

方法

所有部件均采用塑料树脂和复合材料制造，以确保其符合MRI的安全使用要求。针头可通过气动操作的夹具固定在针托上，该夹具设计便于与针驱动器连接和分离。不同开口大小的夹具可适配18至22号规格的针头。为模拟手动插针过程，采用了气动齿轮机构同时驱动针托沿螺旋槽移动和旋转。通过测量信噪比（SNR）和二维几何失真来评估其MRI兼容性，并使用电磁跟踪器检测定位精度。此外，还利用力传感器在不同夹紧压力下测量了针尖所能产生的最大力。

结果

我们记录到多种配置下的针驱动器信噪比最大变化率为6.6%，最大几何失真为0.24%。在复合组织模拟体中，针驱动器对105个目标点的平均定位精度为2.38±1.00毫米（深度50毫米）。直线轨迹的角误差为0.51°，平均线性轨迹偏差在统计上可忽略不计。针尖处的测量力分别为30 psi时1.17牛顿、40 psi时1.6牛顿、50 psi时2.12牛顿。

结论

这项初步研究表明，我们的机器人针驱动器原型能够实现预期的针头插入和拔出功能。该驱动器符合MRI安全标准，是进行MRI引导操作的理想平台。