隨著醫(yī)療技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人心臟介入手術(shù)已成為心血管疾病治療的重要手段。然而，在MRI環(huán)境中執(zhí)行這類手術(shù)面臨特殊挑戰(zhàn) —— MRI檢查孔直徑通常僅70厘米，且手術(shù)治療設(shè)備需采用非磁性材料以避免干擾MRI成像質(zhì)量。Tekceleo超聲波壓電電機(jī)憑借無磁性結(jié)構(gòu)與高精度控制特性，為解決這一難題提供了技術(shù)支撐，在MRI環(huán)境下的手術(shù)操作中實(shí)現(xiàn)精無磁干擾、控制精準(zhǔn)度與穩(wěn)定性的提升。

圖 1. 磁共振兼容機(jī)器人原型及其在右心導(dǎo)管插入術(shù)（MR-RHC）中的應(yīng)用示意圖。(a) 機(jī)器人的側(cè)視圖和俯視圖，顯示我們的磁共振兼容機(jī)器人的尺寸為直徑 × 寬 × 長 = 11 厘米 ×8 厘米 ×18 厘米。這款遠(yuǎn)程操作的 2 自由度機(jī)器人使用兩個(gè)壓電馬達(dá)，能夠推進(jìn)或回拉以及旋轉(zhuǎn)市售的球囊導(dǎo)管。(b) 磁共振掃描儀內(nèi)機(jī)器人右心導(dǎo)管插入術(shù)的介入應(yīng)用示意圖，其中導(dǎo)管球囊從下腔靜脈（IVC）導(dǎo)航，穿過右心房（RA）和右心室（RV），最終到達(dá)肺動(dòng)脈（PA）。

MRI環(huán)境下的挑戰(zhàn)

在磁共振成像（MRI）場景中，設(shè)備需滿足兩大核心要求：

• 空間限制：檢查孔內(nèi)徑狹小，要求機(jī)器人系統(tǒng)尺寸緊湊（如本文所述機(jī)器人原型尺寸為 11cm×8cm×18cm）；

• 非磁性標(biāo)準(zhǔn)：傳統(tǒng)金屬部件易導(dǎo)致圖像偽影，甚至引發(fā)安全隱患，因此需采用塑料、陶瓷等非磁性材料。

圖 2. 實(shí)驗(yàn)設(shè)置（a）用于分析由臨床專家執(zhí)行的手動(dòng)右心導(dǎo)管插入術(shù)（RHC）,（b）在患者特異性模型中測量專家手動(dòng)RHC過程中導(dǎo)管上的驅(qū)動(dòng)力和旋轉(zhuǎn)扭矩。

Tekceleo超聲波壓電電機(jī)的優(yōu)勢

Tekceleo超聲波壓電電機(jī)完全使用非鐵磁性元件，確保其在強(qiáng)磁場中的安全性，并維持MRI圖像的清晰度。其主要優(yōu)勢包括：

• 無磁性設(shè)計(jì)：適用于MRI等高磁場環(huán)境；

• 緊湊結(jié)構(gòu)：小巧的設(shè)計(jì)使得該電機(jī)非常適合用于空間有限的MRI檢查孔內(nèi)，提供精確的操作支持。

• 微米級運(yùn)動(dòng)分辨率：實(shí)現(xiàn)對導(dǎo)管推進(jìn)和旋轉(zhuǎn)的精準(zhǔn)控制，大幅地提高了手術(shù)的安全性和成功率。

?機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)

圖 4. 2自由度磁共振兼容介入機(jī)器人的 CAD 模型。(a) 整體 2 自由度磁共振兼容介入機(jī)器人，包括 (b) 連接平移部件以實(shí)現(xiàn)導(dǎo)管無限旋轉(zhuǎn)的磁共振兼容 8 電路滑環(huán)。(c) 旋轉(zhuǎn)部件（由超聲電機(jī)、斜齒輪組、主動(dòng) - 被動(dòng)平衡齒輪組成）和平移部件（由超聲電機(jī)、主動(dòng) - 被動(dòng)滾輪和磁共振安全軸承等組成。

機(jī)器人系統(tǒng)采用磁共振兼容的8電路滑環(huán)技術(shù)，有效解決電纜纏繞問題，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)管的無限旋轉(zhuǎn)與連續(xù)平移，滿足手術(shù)對運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性和范圍的高要求。

機(jī)器人由雙Tekceleo超聲波壓電電機(jī)協(xié)同驅(qū)動(dòng)：

WLG-30（平移）：結(jié)構(gòu)緊湊、無磁性，保持扭矩125mN·m；

WLG-75（旋轉(zhuǎn)）：輸出扭矩高達(dá)1500mN·m，支持多圈連續(xù)旋轉(zhuǎn)。

兩電機(jī)配合實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)管運(yùn)動(dòng)的同步控制與高精度操作，同時(shí)避免機(jī)械干擾和信號丟失，符合MRI環(huán)境對安全與成像質(zhì)量的要求。

? 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證與性能表現(xiàn)

為了驗(yàn)證新技術(shù)的有效性，研究團(tuán)隊(duì)基于實(shí)際患者的MRI數(shù)據(jù)構(gòu)建了個(gè)體化的心臟與血管體模。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，相比手動(dòng)操作，Tekceleo超聲波壓電電機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)器人系統(tǒng)在推進(jìn)力、扭矩輸出、操作時(shí)間和誤差范圍等方面均表現(xiàn)出色，證明了其在復(fù)雜路徑導(dǎo)航中的優(yōu)異性能。

? 應(yīng)用價(jià)值

采用Tekceleo超聲波壓電電機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)器人系統(tǒng)大幅提升了心臟介入手術(shù)的安全性和準(zhǔn)確性。它不僅減少了醫(yī)生的輻射暴露量，還降低了手術(shù)并發(fā)癥的發(fā)生率，同時(shí)縮短了醫(yī)生培訓(xùn)周期，提高了整體醫(yī)療服務(wù)的質(zhì)量。

隨著技術(shù)的進(jìn)步和市場需求的增長，Tekceleo超聲波壓電電機(jī)將在更多醫(yī)療領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，包括但不限于心血管疾病治療、神經(jīng)外科以及前列腺穿刺等領(lǐng)域。未來，我們期待看到更多的技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用于智慧醫(yī)療，為患者帶來更高效、更安全的治療方案。