寿佳瀛,付 庄,梅琼风,李康安,李茂林,谢荣理,张 俊,费 健

(1.上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室，上海 200240；2.上海市第一人民医院，上海 200080；3.上海交通大学医学院附属瑞金医院，上海 200025)

0 引言

乳腺癌病症筛查中常采用磁共振成像结合介入采样的诊疗方案[1-2]。目前，人工穿刺方案存在穿刺点位置与穿刺角度难以把控的问题，且受限于磁共振扫描仪的开放孔尺寸，难以开展手术。因此，采用具有高穿刺定位能力的机器人辅助乳腺穿刺手术方案已成为研究热点。

设计核磁环境下工作的手术机器人时，涉及几点兼容性问题：电磁兼容，磁共振仪工作时对手术环境施加1.5～3.0 T的强磁场，会与机器人电控系统相互产生不可忽视的电磁干扰，致使机器人控制失效与磁共振成像质量下降[3]；材料兼容，常用钢、铁等铁磁性材料受强磁场作用，具有对患者及其他设备的攻击风险；大量使用铜合金等非磁导材料会造成伪影，影响成像质量[4]；尺寸兼容，磁共振仪开放孔尺寸有限，除去患者所占体积，仅有高度约350 mm的空间供机器人布置[3]。这些限制条件需在机器人的设计中考虑。

结合以往穿刺机器人方案的优点[5-7]，本文设计了一种五自由度、通过传动软轴方式驱动的乳腺穿刺手术辅助机器人。

1 穿刺机器人结构与运动学分析

1.1 穿刺机器人结构设计

本文设计的穿刺手术辅助机器人总体结构如图1所示。采用直角坐标构型，共具有5个自由度，包括水平移动与竖直抬升的2个平移自由度、俯仰角与偏航角姿态调整的2个旋转自由度，以及执行手术的穿刺针进给自由度。……