研究人员描述了超声引导前列腺经皮介入的集成机器人系统

哈尔滨工业大学的一个研究团队提出了一种新型有效的超声引导前列腺经皮介入机器人系统。该8关节机器人系统可实现前列腺插入的全自动控制，有望应用于前列腺诊断和治疗，如活检和近距离放射治疗。这项研究发表在杂志上机械工程前沿2022年1月27日。

随着近年来前列腺疾病患者群体的大幅增加，其新颖而僵化机器人系统为自动干预过程提供了一种有希望的替代方案，减少了尝试和创伤，也减少了对操作员经验的依赖。

“紧凑的系统利用有限的空间进行前列腺插入手术。该机器人系统包含8个关节，用于独立控制超声探头操作，针定位和针插入．重要的是，采用的平行结构可以避免结构与患者之间的潜在碰撞，”该研究的作者助理教授潘波说。

研究小组的教授。傅伊丽和潘博是中国研究医学成像引导手术机器人系统的先驱研究小组之一。该机器人系统旨在满足手术过程中复杂的要求，提高手术成功率。潘主任说:“应用智能系统帮助医生降低手术难度，是改善我们医疗流程的有效方法。”而这一次，研究组的重点是超声引导的前列腺插入过程。

超声引导下前列腺植入术是诊断和治疗前列腺疾病的常用方法。在插入过程中，医生需要扫描腺体，插入针，同时检查准确性。片剂可帮助医生降低手术难度;但是，它限制了插入的灵活性。此外，为了提高准确度，通常需要重复尝试，这给患者带来了更大的创伤和不适。本文提出的八关节机器人系统旨在实现整个过程的自动化。

潘教授解释说:“挑战之处在于，该系统应该包含所有需要的功能，设计紧凑而严谨。”新设计的系统容纳超声探头和插入针。的transrectal超声探头可操作插入和旋转进行前列腺扫描;针可定位调整位姿，并可根据操作者的指令自动插入。所有的运动都是独立的，实现了高度的自反性。该设计还考虑了医疗机器人设计的一般要求，如自锁、易消毒等。

“针位调整的平行结构是一种新颖的设计，增加了系统刚度。然而，它也需要仔细校准。”标定是模型参数识别的过程，对精确控制具有重要意义。平行结构标定不能用通用的方法完成，有效的方法通常与具体的模型有关。在这项工作中，研究人员提出了基于参数信息值(InfoPSO)的粒子群优化用于校准过程中的错误识别。粒子群算法是一种非线性优化方法，计算速度快，但没有实时的监督，计算结果的合理性无法保证。结合参数特征，可提高识别精度。

在工作中，研究小组建立了一个原型来展示功能。验证实验证明，该机器人系统能够实现目标定位过程中所需的动作。通过应用校准方法，建立了合理可靠的控制流程，插入点平均误差控制在0.963 mm，目标点平均误差控制在1.846 mm。

“从原型到产品还有很长的路要走，尤其是对医疗设备来说。但所有的努力都让我们离目标更近了。下一步，我们将重点关注刚性的改善和精细的制造和组装。这项工作有望在不久的将来应用于实际。”潘自信地说。研究团队将继续改进机器人系统设计，并开展更多的医疗机器人系统。