面向MRI兼容前列腺机器人系统的初步附加型差动驱动系统
机器人学
2024-09-17 v1
摘要
MRI靶向活检相较于常规随机六分位活检具有显著优势，能够检测更多临床相关癌症并改善风险分层。然而，针对腰位MRI引导活检，针尖偏转是导致针尖定位不准的主要挑战，可能导致重复采样和诊断不准，如果未能正确采集恶性组织。为此，我们开发了一种新型差动驱动原型，以提高针尖控制和定位精度。该系统采用2自由度（2-DOF）MRI兼容型协作针驱动器，将机器人与MRI成像区域保持距离，最小化图像伪影和畸变。通过双电机同时实现针尖插入和旋转，且无相对运动，从而降低MRI干扰。本文引入两种机械差动驱动设计：螺纹/槽和 lead screw/轴套类型，并探索了空心式和侧向滑轮差动结构。通过低分辨率快速原型制造验证了差动驱动在前列腺活检中的可行性，定制的空心式混合型超声电动机（USM）实现了75 rpm的旋转速度。侧向滑轮差动进一步将速度提升至168 rpm，适用于针尖旋转应用。插入和旋转运动的精度评估显示，两者均表现出最小误差，表明该概念设计在前列腺MRI引导活检的针尖定位精度方面具有巨大的发展潜力。最终，差动驱动为解决MRI引导前列腺活检中针尖定位精度的关键问题提供了有前景的解决方案。
引用
@article{arxiv.2409.09971,
title = {A Preliminary Add-on Differential Drive System for MRI-Compatible Prostate Robotic System},
author = {Zhanyue Zhao and Yiwei Jiang and Charles Bales and Yang Wang and Gregory Fischer},
journal= {arXiv preprint arXiv:2409.09971},
year = {2024}
}
备注
8 pages, 19 figures, 3 tables