草莓视频app下载|51草莓视频下载app|草莓视频在线观看无限看

logo

會員登錄

用戶登錄 評委登錄
一周內(nèi)自動登錄 建議在公共電腦上取消此選項
一周內(nèi)自動登錄 建議在公共電腦上取消此選項
依據(jù)工信部新規(guī)要求,運營商部署做出調(diào)整,現(xiàn)部分用戶無法獲取短信驗證碼(移動運營商為主)。如遇收不到短信驗證碼情況,請更換其他手機號(聯(lián)通、電信)嘗試,有疑問請電話咨詢:18912606905、18136127515。
一周內(nèi)自動登錄 建議在公共電腦上取消此選項
手機驗證碼登錄 還未賬號?立即注冊

會員注冊

*依據(jù)工信部新規(guī)要求,運營商部署做出調(diào)整,現(xiàn)部分用戶無法獲取短信驗證碼(移動運營商為主)。如遇收不到短信驗證碼情況,請更換其他手機號(聯(lián)通、電信)嘗試,有疑問請電話咨詢:18912606905、18136127515。
已有賬號?
醫(yī)械創(chuàng)新資訊
醫(yī)械創(chuàng)新資訊

你見過嗎?磁共振兼容的手術(shù)機器人!

日期:2020-07-17
瀏覽量:2286
前言


磁共振作為一種重要的成像技術(shù),在軟組織和功能成像方面有突出的優(yōu)勢,其時效性也使得術(shù)中成像成為可能。但是由于強磁場的存在,給與其配套的手術(shù)器材提出了更高的要求。本文為大家盤點了近年來出現(xiàn)的磁共振兼容的手術(shù)機器人,一起來看看吧!

??

一、磁共振,更適合術(shù)中實時成像應用

?

在影像引導手術(shù)中,成像技術(shù)覆蓋了手術(shù)全程,影像的質(zhì)量和時效性往往直接決定了手術(shù)治療和手術(shù)效果。常用的術(shù)中成像技術(shù)包括超聲波成像,磁共振成像,CT等。其中超聲波(如B超)檢查是利用超聲波產(chǎn)生回聲的原理來檢查;CT是X線計算機斷層攝影,是用X線束對人體某部進行斷層掃描磁共振成像;而磁共振成像(MRI)是利用氫原子核在磁場內(nèi)所產(chǎn)生的信號經(jīng)重建成像的一種影像技術(shù)。三種成像技術(shù)各有長處,合理使用能夠使手術(shù)獲得更好的效果,如CT成像較超聲波成像清晰,但超聲波成像實時性更好。磁共振成像則兼顧二者優(yōu)點,且無電離輻射。

?

二、淺析磁共振術(shù)中成像的優(yōu)點與缺陷

?

磁共振用于術(shù)中成像有以下優(yōu)點:核磁的成像機制對人體沒有電離輻射損傷(與X光相比);能直接獲得三維圖像;對軟組織結(jié)構(gòu)顯示清晰,有利于如血管、神經(jīng)系統(tǒng)的手術(shù)過程。但,磁共振技術(shù)也有一些天然的缺陷,由于磁共振需要利用強磁場進行,所以金屬對于這一過程影響巨大。在體外的金屬制品可能會被吸起,造成意外傷害。同樣,體內(nèi)的金屬制品也可能發(fā)生錯位、失靈等,給患者造成傷害,例如體內(nèi)的起搏器損壞,固定鋼釘錯位等。除金屬部件發(fā)生直接位移外,磁共振成像過程中,鐵磁性物質(zhì)會造成顯著偽影,降低動態(tài)監(jiān)測中的圖像的診斷價值,同時還可能產(chǎn)生熱效應。

? ? ???


金屬材料在磁共振中產(chǎn)生的偽影,左:假牙,右:脊柱固定螺釘

?

另一個問題是磁共振成像系統(tǒng)往往比較狹窄,內(nèi)部空間很小,這限制了大型器械直接介入手術(shù)的可能性。如何在較小的空間里,實現(xiàn)更為復雜和精密的手術(shù)是另一個難點。因此適合小范圍高精度要求的手術(shù)機器人具有非常好的應用前景??偨Y(jié)一下,設計使用核磁兼容的手術(shù)器械時,需要考慮到手術(shù)器械上涉及的金屬材料是否會造成影響,盡量使用金屬替代材料,同時也需要提高小型化與自由度的程度,使得在核磁環(huán)境下能夠進行更為復雜的手術(shù)。

?

三、磁共振兼容材料

?

由于鐵磁性材料在磁場范圍內(nèi)會受到強大的感應力和力矩,并會使得磁場產(chǎn)生巨大擾動,進行材料選擇時不能選擇這一類材料?,F(xiàn)在常用的材料內(nèi)無鐵磁性的有非鐵磁性金屬和合金、陶瓷和高分子材料。直接使用貴金屬往往材料強度達不到,而且價格高昂,因此目前使用合金和高分子材料進行搭配是主流趨勢。合金如鈦合金和銅合金都可以減少偽影,而高分子材料有尼龍、聚甲醛、聚丙烯等,由于其本身根本不含有金屬成分,因此也有較好的效果?,F(xiàn)在直接針對核磁環(huán)境的新材料研究較少,但是隨著高分子技術(shù)的進步,獲得加工性能和使用性能更好的材料是很有希望的。

? ? ? ?


聚甲醛材料

?

四、磁共振兼容手術(shù)機器人盤點


在圖像引導微創(chuàng)手術(shù)中,醫(yī)生需要根據(jù)影像指導手術(shù)全程,這對醫(yī)護人員提出較高的要求。同時核磁設備內(nèi)部非常狹小,醫(yī)生操作極為困難,因此使用手術(shù)機器人進行手術(shù)很有必要,下面就簡述一下相關(guān)系統(tǒng)的研究進展:

?

1、Innomotion機器人

?

Innomotion是一款氣動機器人,完全與磁共振兼容,可在磁共振內(nèi)部提供精確的穿刺。該機器人有6個自由度,可以固定在核磁系統(tǒng)上。該裝置經(jīng)過優(yōu)化,可用于狹小的磁共振和CT環(huán)境。最初的系統(tǒng)較為簡單,僅可提供位置引導,即機器人向醫(yī)生指示穿刺位點和針取向,不能進行實時引導和進針。后續(xù)系統(tǒng)進行了升級,增加自由度到7個,并改善了驅(qū)動方式。

? ? ? ?

Innomotion機器人與進行的穿刺


2、LPR機器人


為保證機器人主體在磁共振下不成像,在CT下對成像的影響最小,選用的材料是由尼龍、聚甲醛樹脂和環(huán)氧樹脂,該機器人有5個自由度,分別為位置自由度兩個,兩個位姿自由度;最后一個為穿刺自由度,采用“鸚鵡嘴”結(jié)構(gòu),能夠?qū)崿F(xiàn)自動穿刺。LPR定位過程中使用的算法最初是用CT圖像開發(fā)的。然而,由于制造機器人所用的材料、緊湊的結(jié)構(gòu)以及用于驅(qū)動它的遠程氣動結(jié)構(gòu),LPR完全兼容MRI。

??

左:在磁共振中的演示,右:CT圖像中的穿刺手術(shù)

?

3、Krieger-Susil系統(tǒng)


前列腺癌,是男性癌癥相關(guān)死亡的頭號殺手。為了實現(xiàn)更精確的活檢,Krieger和Susil開發(fā)了磁共振圖像引導下的機器人輔助裝置。到目前為止,該系統(tǒng)已經(jīng)在美國國家癌癥研究所的200多個活檢中使用。與其余系統(tǒng)盡量消除器械的影像不同,該系統(tǒng)引入了成像線圈和定位線圈以提高穿刺準確性,觀察進針位置。

? ? ? ?

Krieger-Susil系統(tǒng)中的針頭和線圈設計與磁共振影像

?

4、NeuroArm系統(tǒng)


神經(jīng)外科手術(shù)對于病變定位、分離和切除的精確性要求極高。特別是在腦部腫瘤切除過程中,細微的差別就可能導致非常嚴重的后果。因此使用手術(shù)機器人與磁共振進行聯(lián)用,能夠減小醫(yī)生的誤差,極大改善手術(shù)效果。NeuroArm就是這樣一個系統(tǒng),整體系統(tǒng)對磁共振成像無干擾,可以在核磁間進行手術(shù)。操作手臂具有多個關(guān)節(jié),可完成多維動作,共有雙臂8個自由度。壓力感受器能夠給術(shù)者提供實時觸覺反饋,且能過濾掉術(shù)者手的輕微顫抖,使機械臂前端連接的手術(shù)器械如雙極電凝和吸引器更加穩(wěn)定。

?

由于其出色的性能,現(xiàn)已進入臨床。但是該系統(tǒng)較大導致無法進入核磁檢測內(nèi)部,所以無法進行磁共振監(jiān)控下的實時手術(shù)。需要將患者的頭部固定進行磁共振成像后平移至手術(shù)機器人下方,再進行手術(shù)。如果未來能夠?qū)⒃撎紫到y(tǒng)小型化,使得其能夠在磁共振成像內(nèi)部進行操作,將是一個重大的突破。

? ? ? ?

NeuroArm系統(tǒng)與操作醫(yī)生(注意手術(shù)是在核磁系統(tǒng)外進行)

?

5、Master-Slave 手術(shù)系統(tǒng)


該系統(tǒng)由馬里蘭大學的Jaydev P. Desai課題組開發(fā)用以進行乳腺癌活檢,目前尚無官方命名,已經(jīng)在動物實驗中證明了有效性。該系統(tǒng)最大的特點是具有主仆結(jié)構(gòu),即醫(yī)生可以在核磁室外操作一個主系統(tǒng),而在核磁室內(nèi)具有相似結(jié)構(gòu)的仆從系統(tǒng)(磁共振兼容)可以對患者進行同步操作,完成穿刺檢測。而主系統(tǒng)和仆從系統(tǒng)可以通過網(wǎng)絡連接,因此無需全部處于同一環(huán)境中。這種主仆結(jié)構(gòu)可以將較為復雜的計算、模擬、顯示等手術(shù)非必須結(jié)構(gòu)放置在核磁室外,而核磁環(huán)境內(nèi)的結(jié)構(gòu)較少,對于材料要求、需求量和復雜程度要求都較低,更利于設計和制造。

? ? ? ?

以網(wǎng)絡連接的Master-Slave 手術(shù)系統(tǒng)

?

結(jié)語


磁共振作為重要的醫(yī)學影像技術(shù)之一,目前已經(jīng)參與了很多醫(yī)療決策與手術(shù)過程。如果能在手術(shù)過程中兼容磁共振成像,則能夠極大提高手術(shù)精確度和效果,因此這一領(lǐng)域非常值得關(guān)注。雖然目前在磁共振下能進行的手術(shù)還比較簡單(以穿刺類為主)。但相信隨著醫(yī)療機器人的進步和新材料的進步,未來在磁共振環(huán)境下進行復雜手術(shù)也會成為可能。

?

參考資料:[1] http://www.mcip.hokudai.ac.jp[2] 10.3969/j.issn.1000-1093.2013.08.014[3] CNKI:CDMD:2.1012.019682[4]10.1109/EMB.2007.910262[5] 10.1007/s10439-018-2075-x[6] 10.1109/TBME.2004.840497[7] 10.1177/0278364913500365
返回列表