随着医疗技术的发展，机器人心脏介入手术已成为心血管疾病治疗的重要手段。然而，在MRI环境中执行这类手术面临特殊挑战 ------ MRI检查孔直径通常仅70厘米，且手术治疗设备需采用非磁性材料以避免干扰MRI成像质量。Tekceleo超声波压电电机凭借无磁性结构与高精度控制特性，为解决这一难题提供了技术支撑，在MRI环境下的手术操作中实现精无磁干扰、控制精准度与稳定性的提升。
图 1. 磁共振兼容机器人原型及其在右心导管插入术（MR-RHC）中的应用示意图。(a) 机器人的侧视图和俯视图，显示我们的磁共振兼容机器人的尺寸为直径 × 宽 × 长 = 11 厘米 ×8 厘米 ×18 厘米。这款远程操作的 2 自由度机器人使用两个压电马达，能够推进或回拉以及旋转市售的球囊导管。(b) 磁共振扫描仪内机器人右心导管插入术的介入应用示意图，其中导管球囊从下腔静脉（IVC）导航，穿过右心房（RA）和右心室（RV），最终到达肺动脉（PA）。
✅MRI环境下的挑战
在磁共振成像（MRI）场景中，设备需满足两大核心要求：
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空间限制：检查孔内径狭小，要求机器人系统尺寸紧凑（如本文所述机器人原型尺寸为 11cm×8cm×18cm）；
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非磁性标准：传统金属部件易导致图像伪影，甚至引发安全隐患，因此需采用塑料、陶瓷等非磁性材料。
图 2. 实验设置（a）用于分析由临床专家执行的手动右心导管插入术（RHC）,（b）在患者特异性模型中测量专家手动RHC过程中导管上的驱动力和旋转扭矩。
✅Tekceleo超声波压电电机的优势
Tekceleo超声波压电电机完全使用非铁磁性元件，确保其在强磁场中的安全性，并维持MRI图像的清晰度。其主要优势包括：
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无磁性设计：适用于MRI等高磁场环境；
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紧凑结构：小巧的设计使得该电机非常适合用于空间有限的MRI检查孔内，提供精确的操作支持。
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微米级运动分辨率：实现对导管推进和旋转的精准控制，大幅地提高了手术的安全性和成功率。
✅机器人系统设计
Tekceleo超声波压电电机被集成于一个紧凑的2自由度机器人系统中，整体尺寸仅为11.5×9×13厘米。该设计可直接部署于MRI检查孔内，贴近患者血管入口，充分利用有限空间。
图 4. 2自由度磁共振兼容介入机器人的 CAD 模型。(a) 整体 2 自由度磁共振兼容介入机器人，包括 (b) 连接平移部件以实现导管无限旋转的磁共振兼容 8 电路滑环。(c) 旋转部件（由超声电机、斜齿轮组、主动 - 被动平衡齿轮组成）和平移部件（由超声电机、主动 - 被动滚轮和磁共振安全轴承等组成。
机器人系统采用磁共振兼容的8电路滑环技术，有效解决电缆缠绕问题，实现导管的无限旋转与连续平移，满足手术对运动稳定性和范围的高要求。
机器人由双Tekceleo超声波压电电机协同驱动：
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WLG-30（平移）：结构紧凑、无磁性，保持扭矩125mN·m；
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WLG-75（旋转）：输出扭矩高达1500mN·m，支持多圈连续旋转。
两电机配合实现了导管运动的同步控制与高精度操作，同时避免机械干扰和信号丢失，符合MRI环境对安全与成像质量的要求。
✅ 实验验证与性能表现
图 12. 实验3结果。(a)在7个充水的患者特异性体模内进行的机器人远程操作介入。(b) 重复机器人介入的导管球囊轨迹。
为了验证新技术的有效性，研究团队基于实际患者的MRI数据构建了个体化的心脏与血管体模。实验结果显示，相比手动操作，Tekceleo超声波压电电机驱动的机器人系统在推进力、扭矩输出、操作时间和误差范围等方面均表现出色，证明了其在复杂路径导航中的优异性能。
✅ 应用价值
采用Tekceleo超声波压电电机驱动的机器人系统大幅提升了心脏介入手术的安全性和准确性。它不仅减少了医生的辐射暴露量，还降低了手术并发症的发生率，同时缩短了医生培训周期，提高了整体医疗服务的质量。
图 13. 实验 3 结果：(a) 7 种患者特异性体模中手动操作与机器人操作的时间分布；(b) 临床专家对人工操作与机器人操作的整体对比。
随着技术的进步和市场需求的增长，Tekceleo超声波压电电机将在更多医疗领域发挥重要作用，包括但不限于心血管疾病治疗、神经外科以及前列腺穿刺等领域。未来，我们期待看到更多的技术创新应用于智慧医疗，为患者带来更高效、更安全的治疗方案。