[发明专利]一种磁共振兼容的机器人系统

说明书

本公开实施例中提供了一种磁共振兼容的机器人系统，属于医疗机器人技术领域，该机器人系统包括机器人本体、控制柜和线缆，所述控制柜经由所述线缆控制所述机器人本体的操作，所述机器人本体包括电机和编码器，所述电机和编码器的外部依次设置有绝缘膜、金属屏蔽层和绝缘壳。通过本公开的处理方案，可以提高机器人系统与MRI系统的兼容性，大大降低MRI图像上的噪声和伪影，从而实现实时影像引导的介入手术。

技术领域

本公开涉及医疗机器人技术领域，尤其涉及一种磁共振兼容的机器人系统，特别涉及磁共振环境下机器人系统的电路屏蔽保护系统。

背景技术

磁共振成像(MRI)在任意方向上均具有出色的软组织对比度和空间分辨率，与计算机断层扫描(CT)相比，MRI的辐射危害小。此外，MRI图像可用于检查体内组织特性以及观察手术器械在体内的位置。以肝癌为例，MRI可以识别直径小于20毫米的病灶，而超声和CT很难定位这样的小病灶。基于MRI引导的机器人微创手术已经成为一种越来越广泛的应用和迫切的需求。

但是，目前市场上适用于MRI环境的介入手术机器人产品非常有限。其原因在于开发MRI引导的手术机器人所面临的多个挑战。例如，MRI双向兼容性的要求：一方面，机器人的电气系统不能干扰MRI的扫描功能也不能造成图像伪影，另一方面，MRI设备具有的磁场、梯度场、射频场等不能干扰机器人电气系统的正常使用。再如，MRI扫描孔的空间限制是对手术机器人电气设计的巨大挑战。为了满足MRI兼容性要求，需要考虑电子元器件的布局和电气屏蔽措施。

在专利文献US8,275,443B2中，机器人和序列扫描不能同时运行：一旦电机通电，MRI图像的质量就下降，出现噪声和伪影。如果电机运行，则MRI图像质量的下降程度还会增加。原因在于，尽管超声电机适用于MRI环境，但是控制电机运行的驱动电子元器件通常会在MRI图像上产生噪声。通常，当电机驱动器电子元器件通电时，它们会产生射频噪声。另外，用于电机驱动和通信的长线缆可以充当发射干扰MR成像过程的射频信号天线。这种干扰以在MRI图像上的噪声和伪影的形式出现。这是阻碍超声电机与MRI扫描同时运行的典型难题。广泛接受的解决方案是在序列扫描停止时运行电机，反之亦然。但是，这种方法无法实现实时介入手术。

发明内容

有鉴于此，本公开实施例提供一种磁共振兼容的机器人系统，至少部分解决现有技术中存在的问题。

本发明提供的一种磁共振兼容的机器人系统，包括机器人本体、控制柜和线缆，所述控制柜经由所述线缆控制所述机器人本体的操作，所述机器人本体包括电机和编码器，所述电机和编码器的外部依次设置有绝缘膜、金属屏蔽层和绝缘壳。

根据本发明实施例的一种具体实现方式，所述绝缘膜为覆盖在所述电机和所述编码器外部的绝缘涂料，并且所述金属屏蔽层为覆盖在所述绝缘壳内部的金属屏蔽膜。

根据本发明实施例的一种具体实现方式，所述线缆包括位于所述机器人本体内部的编码器屏蔽线缆和电机驱动屏蔽线缆，所述编码器屏蔽线缆和所述电机驱动屏蔽线缆均采用柔性印刷电路板技术制成。

根据本发明实施例的一种具体实现方式，所述线缆包括用于通讯的通讯线缆和用于电机驱动的电机驱动线缆，所述编码器屏蔽线缆经由编码器跳线盒与所述通讯线缆连接，并且所述电机驱动屏蔽线缆经由电机驱动线跳线盒与所述电机驱动线缆连接。

根据本发明实施例的一种具体实现方式，所述电机驱动屏蔽线缆在所述电机驱动线跳线盒一端集成有谐波滤波器，用于调整所述电机的电气性能。

根据本发明实施例的一种具体实现方式，所述通讯线缆和用于电机驱动的电机驱动线缆分别经由低通滤波器、专用接地和屏蔽墙连接到所述控制柜，并且所述低通滤波器被设置于所述屏蔽墙内。

根据本发明实施例的一种具体实现方式，所述电机驱动线缆由内至外依次包括导线、设置于所述导线外的导线绝缘层、覆盖于所述导线绝缘层的内屏蔽层、设置于所述内屏蔽层外的外屏蔽层以及设置于所述外屏蔽层外的外绝缘层。