根据美国癌症协会收集的数据，前列腺癌是美多年来开发的国男性中最常见的癌症之一。据估计，2016年将有180,890例新的前列腺癌病例，并因此导致26,120例死亡。大多数前列腺癌是在前列腺特异性抗原（PSA）筛查和/或直肠指检（DRE）期间首先检测到的。如果结果表明受试者可能患有前列腺癌，则通常在TransRectal UltraSound（TRUS）的指导下进行手动活检。如果活检结果为阳性，则常见的治疗方法是TRUS引导的近距离放射治疗。不幸的是，TRUS提供低分辨率的图像和较差的软组织对比度，医生既看不到恶性组织，也看不到图像上的放射性种子，这破坏了活检或近距离放射治疗的性能。因此，磁共振成像（MRI）可以被认为是一种有前途的替代方法，因为它具有高体积分辨率和出色的软组织对比度。此外，研究人员还试图应用机器人系统来解决手动执行的经皮干预缺乏准确性和可重复性的问题。

在微创前列腺经皮介入治疗中，磁共振成像（MRI）机器人辅助系统经过多年的开发，具备多个自由度（DOF）以完成复杂的外科手术任务。

本文提出了一种与MRI兼容的变速箱的新颖设计，该变速箱允许一个驱动马达控制多路自由度机器人系统。变速器可以通过顺序而不是同时控制每个运动来减少系统中电动机的数量，同时保持系统的功能。进行了一系列初步实验以及目标精度测试，以评估系统的准确性。

尽管分别具有MRI指导和机器人辅助的优势，但在该领域，两种方法的结合仍然具有挑战性[ 6]。机器人的工作环境是具有高磁场的密闭空间。可以访问的有限空间要求系统紧凑，同时又要保持较大的工作空间。为安全起见，尽管高密度磁场中仅允许使用非铁磁材料（例如聚合物复合材料），但是这些类型的材料的机械性能会损害系统的性能。另外，由于机器人系统本身是机电一体化系统，会在成像过程中引入噪声，因此减少机器人操作过程中的干扰也是开发MRI指导机器人系统的重要因素。

鉴于上述所有挑战，设计、制造和评估了许多MRI引导的手术机器人，以帮助我们更好地了解系统的设计过程以及成像系统和机器人之间的相互作用。

实验

实验的目的是评估采用变速箱后机器人的性能。

A. 初步实验

这些测试的目的是调查基本任务（例如移动滑块）的总体性能。这也可以作为以后目标实验的参考基准。

B. 靶向实验

进行定向实验是为了查看系统在完成诸如到达目标点之类的高级任务方面的性能。为了追踪手术针的位置并收集数据，采用了Atracsys fusionTrack 500光学定位导航‍系统，其在2m的距离内具有0.09 mm的RMS。可追踪的标记框固定在针头支架上，并且在每个所需位置收集标记框相对于追踪坐标的位置和方向。

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