CN221813987U - Mri引导的聚焦超声定位系统和mri兼容的机器人平台 - Google Patents

Abstract

提供了一种MRI引导的聚焦超声定位系统和MRI兼容的机器人平台。该机器人，用于移动MRI引导的聚焦超声(FUS)系统的换能器，所述系统可将超声聚焦于患者体内的特定靶斑，从而引发微机械效应。所述机器人具有底部框架(17)、安装在底部框架(17)上用于相对于底部框架(17)做线性运动的下部平移平台(11)。安装在下部平移平台(11)上的机器人底座(12)，安装在机器人底座(12)上用于相对于机器人底座(12)做旋转运动的旋转平台(15)，安装在旋转平台(15)上用于相对于机器人底座(12)做线性运动的上部平移平台(13)，以及安装在上部平移平台(13)上并支撑FUS换能器的端部执行器(10)，使得端部执行器(10)的运动由于平台的运动所引起，同时瞄准换能器焦点。

Description

MRI引导的聚焦超声定位系统和MRI兼容的机器人平台

技术领域

本发明总地涉及由来自磁共振成像(MRI)的反馈引导的聚焦超声(FUS)技术的领域，用于确定静态或移动的消融对象的位置并对FUS进行定位。尤其是，本发明涉及用于响应于来自MRI的反馈而移动FUS设备的机器人设备或机器人平台的领域。

背景技术

聚焦超声(FUS)是一种将超声或超声波聚焦到活体内部的特定靶点上，从而在该点上引发微机械效应的技术。这样形成了可以杀死不需要的组织的局部消融点。FUS过程可以是无痛、无创且体外操作的，不会因此产生任何手术疤痕。一种特定类型的FUS被称为高强度聚焦超声(HIFU)，其用于消融前列腺、子宫和肝脏等中的肿瘤。

图1Al示出如何使用FUS治疗肝脏肿瘤。图1Al示出患者以俯卧姿躺在治疗床上。患者要接受FUS治疗的部位置于床中的孔上，并通过该孔与密封水箱接触。用于发射超声波的聚焦超声(FUS)换能器装于水箱内，水箱中充满用于超声传输的脱气水。

患者接受FUS治疗的部位被称为感兴趣区域(RoI)，也就是通过床上中的孔置于水箱上的部位。在一些情况下，RoI的面积远远大于FUS换能器的聚焦区域。因此，FUS技术不易应用在诸如腹盆腔区域中的肝脏的器官那么大面积的RoI上。若需治疗分布在大RoI面积上的多个肿瘤，最直接的方法是在整个RoI区域上分次手动移动FUS换能器到达每个肿瘤处。然而，这种方法耗费时间，而且涉及对换能器和患者进行繁琐的重新定位。

为了减少手动移动FUS换能器的需求，已经提出使用软件来调整由FUS换能器发出的超声波的焦点(focal point)。在这种方法中，超声波由设置在超声换能器支架上的相控阵超声换能器产生。孔径阵列中每个换能器产生的超声波的相位可独立调节。通过改变每个换能器的参数，即相位、或许还有振幅，可以移动超声波的焦点，而无需移动支架。这种相控阵换能器可以灵巧地控制声束的方向和几何形状。有利地，由于患者在治疗床上呼吸和躁动时会不自主地移动，这种方法可用来随着靶肿瘤的任何微小位移而移动FUS的焦点。此外，还提出使用实时成像技术和图像识别技术锁定到靶肿瘤上。肿瘤的任何位移都能被检测到并反馈给软件，使得超声波的焦点可以立即重新定位到移动后的肿瘤上。磁共振成像(MRI)技术是这些成像技术中的一种。

然而，改变超声波的参数仅能在有限的范围内移动焦点，通常在焦平面内<3.5cm。这不足以覆盖相对较大的治疗区域，如腹盆腔区域内的肝脏。此外，腹盆腔区域内的器官趋向于有沿着各个可能的方向规律地移动，这就需要甚至更大的工作空间。

为了提高FUS追随移动靶的能力，已经提出使用基于术中(intra-op)图像反馈的机器人导航来远程操控超声换能器支架的位置。为了提供这种具有良好的软组织图像对比和高分辨率HIFU温度监测的术中图像引导，MRI已被广泛采用，即磁共振(MR)引导的FUS(MRg-FUS)。特别地，已经提出了使用长机器臂来扩大用于活检的治疗区域(500mm平移和40°旋转)，以及对前列腺进行FUS治疗。然而，这种长的臂必须固定在MRI扫描仪的腔孔之外。

因此，为了使腹盆腔器官治疗的FUS导入和术中MRI引导配合，已经提出将机器人置于俯卧姿的患者的下方(正如图1Al所示的)。承载用于超声换能器阵列的支架的机器人被完全置于密封的水箱(约275×275×240mm)中。因此，机器人必须尺寸紧凑，又要能够对换能器进行大范围操作。极少数的台嵌入式机器人系统在商业上可专门用于腹部FUS治疗。Sonalleve MRg-FUS系统(Philips公司)和ExAblate 2000(Insightec公司)是商用MRg-FUS机器人系统，其主要开发用于盆腔器官疾病治疗(如子宫肌瘤)。

与盆腔FUS治疗中的静止靶不同，腹部FUS治疗具有挑战性，由于呼吸引发的快速运动，快速焦斑跟踪(>0.2Hz)是必须的先决条件。来自于MEDSONIC LTD(Cyprus)的平台的特征在于具有两个平移自由度(DoF)，且主要制造用于腹部HIFU。然而，这种双轴设计仅允许在冠状面内的运动，这可能会限制其补偿呼吸引起的3D靶运动的能力。

虽然能够在足够的操纵范围内精确定位，但大多数现有的台嵌入式系统典型地仅适用于低强度FUS(如热疗)。在考虑到避免皮肤灼伤时，HIFU超超声处理必须经常暂停，以确保受热皮肤区域的充分“冷却”。据推测，机器人平台应在一定的大角度范围内灵活地旋转换能器，以便在固定焦斑时减少热量积聚。因此，他们的无法旋转的设计可能会影响疗效并导致皮肤灼伤(图11)。

为了确保FUS机器人系统在(术中)MR环境下的安全致动，同时最小化干扰，采用了各种MR条件/MR安全致动器，如妇科肿瘤治疗中的压电致动器和超声致动器。然而，由于置于患者腹部下方的机器人会非常靠近MRI扫描仪的等心点(<150mm)，激发步进电机动作的高频电流可能会在术中成像中引发显著的伪影。此外，还讨论了以流体为动力的固有MR安全电机，如气动电机。InnoMotion(InnoMedic公司)是一种用于活检和关节突关节治疗的商用平台，完全由气动步进电机驱动。然而，高的空气压缩率可能会导致机械传动延迟，从而造成控制不准确。液压系统采用不可压缩的流体作为传动介质来实现，提供了迅速响应，精确控制和高功率密度。自20世纪90年代以来，已报道了使用传统活塞缸致动的MRg-FUS导航；然而，这些系统仅实现了最大3-DoF操控，导致操纵范围不足，无法实现平动-倾斜运动。

发明内容

为了克服现有技术的局限性，本发明提出了一种用于腹盆腔器官中的MRg-FUS治疗的远程操作机器人平台。定制的液压机器人致动可确保低的传输延迟(4.5Hz下平均100ms)和高的跟踪精度(针对平移0.2mm，针对旋转0.4°)，以及符合ASTM F2503-13标准的MR安全性。机器人的设置允许患者俯卧。其足够的DoF使得可在患者体内对焦斑进行大幅度的调节。本发明的一些实施例的主要特征包括：

1)五个DoF的机器人平台的液压致动设计以导航用于腹盆腔器官的疾病治疗的MRg-FUS系统，使得能够在主要的腹部或盆腔器官的广泛空间覆盖范围内操纵聚焦点(foci)。

2)机器人的紧凑设计(240x 180x 190mm)，使其可容纳于用于患者俯卧姿位的MRI操作台内的水箱中。

3)对定位精度(最大误差：针对平移0.2mm，针对旋转0.4°)、频率响应(0.1-4Hz)、MR安全性和基于MR的跟踪特性进行实验评估，从而证明其在呼吸运动补偿方面的潜力。

因此，本发明提供了一个可能的优势，即FUS换能器可用于跟随患者体内靶点的移动。因呼吸、肠道运动和自然躁动引起的靶组织的位移可能沿着任何方向发生。机器人底座所具有的既能平移FUS换能器，又能倾斜FUS换能器的能力提供了可非常紧密地跟随所述位移的可能性。这可以防止周围组织被意外消融。

此外，本发明还提供了在人体表面移动FUS换能器，而焦点保持锁定在靶点上的可能性。这样，穿透点就可以移动并分布在较大的表面区域，以防止皮肤灼伤(图11)。

更具体地，机器人平台能够在一定的大角度范围内灵活地旋转换能器，从而在将焦斑固定在病变靶上的同时减少皮肤热量积聚。从长远看，这避免了定期冷却的需要。为防止皮肤灼伤，两个不关联的旋转DoF，平动-倾斜与换能器的平移相配合。在第一方面，本发明提出了一种MRI引导的聚焦超声(FUS)定位系统，该系统可将来自FUS换能器的超声聚焦到患者体内的特定靶上，以引发微机械效应，所述系统包括：MRI兼容的机器人平台，所述平台提供多个自由度(DoF)的运动，包括：底部框架；安装在底部框架上的下部平移平台，用于相对于底部框架做线性运动；安装在下部平移平台上的机器人底座；安装在机器人底座上的旋转平台，用于相对于机器人底座做旋转运动；安装在旋转平台上的上部平移平台，用于相对于旋转平台做线性运动；以及安装在上部平移平台上的端部执行器，使得端部执行器的运动由下部平台、旋转平台和上部平台的运动所引起，以瞄准换能器焦点；与机器人平台相连的至少一个致动器，使得系统根据其DoF中的至少一个而移动，设置在端部执行器上以产生具有焦点的超声能量的FUS换能器，所述换能器可通过调整换能器的相位被电子操纵，或通过移动机器人平台被行机械操纵；嵌入端部执行器的至少一个标记物，其提供允许在MRI坐标系中对端部执行器进行注册和跟踪的信号；以及控制系统，用于远程控制机器人平台的运动且用于接收术中MRI数据。

提供DoF为使用软件调整特定靶提供了可能性，使得如果特定靶诸如在患者呼吸或躁动时移动，机器人平台能够随着靶的移动而移动FUS换能器。

优选地，下部平移平台在相对于底部框架的垂直方向上提供两个DoF的线性运动；旋转平台在相对于机器人底座的垂直方向上提供两个DoF的旋转运动；上部平移平台相对于旋转平台提供一个DoF的线性运动。

优选地，本发明适用于在人体的腹部和盆腔内对聚焦超声定向，以治疗腹盆腔器官的疾病。

优选地，该治疗是肿瘤消融、药物输送、靶向基因治疗和溶栓中的至少一种。

优选地，由致动器引起的系统运动是向前-向后、向左-向右、向上-向下、平动和倾斜运动中的至少一种。

优选地，运动由气动和液压致动中的至少一种来驱动，从而实现零EM干扰、提高MR成像质量和标记物的跟踪性能。

优选地，换能器的运动使用滚动膜片密封的液压致动器来实现。

优选地，机器人平台浸入脱气液体的箱内并在所述箱内操作，所述脱气液体将所述换能器耦合到患者的身体。

优选地，具有脱气液体的密封箱集成在MRI台内。

优选地，换能器通过附接到凝胶垫上的中间液体容器耦合至患者身体。

优选地，机器人平台的每个DoF独立或同时移动，以实现关于超声焦点的远程运动中心(RCM)，从而减少特定皮肤区域于超声能量的暴露时间。

优选地，即便机器人平台浸入在液体中或在换能器顶部支撑液体容器，液压致动器也提供高有效载荷能力和高响应能力。

优选地，液压致动器的带宽达到4.5Hz，且针对上部平移平台和下部平移平台的每个DoF提供90mm/s的移动速度，允许在治疗期间进行生理运动补偿，减少操作时间。

优选地，FUS是高强度聚焦超声(HIFU)或低强度聚焦超声(LIFU)。

优选地，通过操纵超声以消融诸如肝脏的器官的大型或多个肿瘤来实现对腹盆腔器官疾病的治疗。

优选地，FUS焦点的工作空间足够大，以便开展对多个或大型靶的靶向。

优选地，超声焦点机械操纵的工作空间为100×100×35mm或更大。

优选地，上部平移平台和下部平移平台的每个DoF的行程为±35mm，旋转平台的每个DoF的行程为±60°。

优选地，运动的误差针对平移不大于0.2mm，针对旋转不大于0.4°。

优选地，控制系统利用至少一个标记物提供闭环控制。

在另一方面，本发明提出了一种MRI兼容的机器人平台，其提供多个自由度(DoF)的运动，包括：底部框架；安装在底部框架上的下部平移平台，用于相对于底部框架做线性运动；安装在下部平移平台上的机器人底座；安装在机器人底座上的旋转平台，用于相对于机器人底座做旋转运动；安装在旋转平台上的上部平移平台，用于相对于旋转平台做线性运动；以及安装在上部平移平台上的端部执行器，使得端部执行器的运动是由下部平台、旋转平台和上部平台的运动所引起，以瞄准换能器焦点；设置在端部执行器上以产生具有焦点的超声能量的FUS换能器，端部执行器的运动导致瞄准换能器焦点；嵌入端部执行器中的至少一个标记物，其提供允许对端部执行器的位置进行注册和跟踪的信号；其中，机器人平台适于接收用于至少一个致动器的信号，所述致动器导致平台根据DoF中的至少一个运动。

优选地，下部平移平台在相对于底部框架的垂直方向上提供两个DoF的线性运动；旋转平台在相对于机器人底座的垂直方向上提供两个DoF的旋转运动；上部平移平台相对于旋转平台提供一个DoF的线性运动。

在另一方面，本发明提出了一种治疗患者体内的对象以引发微机械效应的方法，包括以下步骤：将来自FUS换能器的超声传输至身体内；将传输的超声聚焦到对象上；在身体表面移动FUS换能器，同时继续将发射的超声聚焦到对象上。

因此，该方法提供了一种可能性，即在对对象持续治疗时，身体表面的任何部分均不会灼伤或不舒服地加热。这就提高了每次治疗的效率，并避免了现有技术中必须在每次治疗中间让身体表面冷却的问题。

优选地，在身体表面移动FUS换能器的步骤包括：在身体表面以圆周运动移动FUS换能器。

典型地，将FUS换能器朝向对象倾斜；在身体表面移动FUS换能器的步骤进一步包括：改变FUS换能器的倾斜，使得FUS换能器在身体表面移动时，持续调整FUS换能器以朝向对象倾斜。

附图说明

结合以下具体实施方式和所附的附图，本发明的上述及其他目的和优点将变得更容易理解，在各视图中，相似附图标记代表相似元件，其中：

图1Aa示意性地图示了可与本发明的实施例一起使用的MRI机；

图1Ab图示了与图1Aa所示的MRI机一起使用的实施例的可能运动；

图1Ac图示了调整图1Ab的实施例的焦点的一种可能的方式；

图1Ad图示了调整图1Ab的实施例的焦点的另一种可能的方式；

图1Ae图示了轴线，图1Ab的实施例的一部分提供围绕该轴线运动的可能性；

图1Af图示了轴线，图1Ab的实施例的一部分提供沿该轴线运动的可能性；

图1Ag图示了另一轴线，图1Ab的实施例的一部分提供围绕该轴线运动的可能性；

图1Ah图示了另一轴线，图1Ab的实施例的一部分提供沿该轴线运动的可能性；

图1Ai图示了图1Ab的实施例的一部分提供进行可能的竖直运动的可能性；

图1Aj图示了如图1Ai所示的沿着该实施例围绕轴线AA倾斜后的偏斜方向的运动；

图1Ak图示了通过图1Ae和图1Af所示的简单运动的组合产生的摆动运动；

图1Al是用于肝脏肿瘤的临床MRI引导的FUS治疗的示意图，其中在患者以卧姿躺下而FUS换能器集成在下方的密封水箱中时，可将FUS焦斑上的组织消融；

图2Aa图示了用于超声换能器阵列定位的具有三个平移DoF和两个旋转DoF的MRI引导的机器人操控器；

图2Ab为图2Aa的机器人底座的爆炸图；

图2B示出了线性致动器的机构，图2C示出旋转致动器，图2D示出机器人运动学及其配置变量；

图3A为示出在沿x轴平移下沿着一个方向的机器人定位精度测试的结果的图表，图3B为示出沿x轴旋转的结果的图表；

图4图示了频率响应的实验结果，其中图4A示出了在0.1Hz至4Hz的频率范围内，命令机器人循着x-y(MRI冠状面)平面内的圆移动的结果；图4B示出了机器人端部执行器沿x轴和y轴的正弦响应；图4C示出了在圆形轨迹跟踪过程中，采样的x和y平移的波德图(bodeplot)；

图5为超声聚焦点的机械操纵工作空间的三维图。关于每个焦点，机器人使远程运动中心(RCM)能够减少特定皮肤区域的累积暴露。RCM的可操纵角度范围越大，工作空间中焦点处的颜色就越暖；

图6为示出了在机器人旁边放置的MRI模体的MR图像中发现的可忽略不计的EM干扰的图像、以及汇总了三种操作条件下的T1和T2的归一化信噪比(SNR)结果的表格；

图7A为具有从MR图像中获取的三个MR标记物位置以便在MRI坐标中注册机器人的三维图像；

图7B为示出了三个标记物沿x轴的一维投影信号的图表；

图7C为示出了以83.3Hz频率获取的x轴上的连续投影位置的图表。SNR非常高，以至于在每个时间步长上均可对比和观察到0-256像素内的单点信号；

图8为机器人的局部视图，其示出了与底部框架连接的下部平移平台；

图9为机器人的局部视图，其示出了与机器人底座连接的旋转平台；

图10A为示出了用于下部平移平台的滑块的附图；

图10B为示出了滑块中用于将滑块连接至机器人平台的轮子的附图；

图11为示出了在使用固定换能器对固定靶进行消融时的“皮肤灼伤”风险的附图；

图12示意性地示出了可替代图2Aa所示的实施例的另一实施例；以及

图13图示了图12的实施例的操作。

具体实施方式

图1Aa示意性地图示了患者101脸朝下地躺在MRI机105内部的治疗床103上。治疗床具有开口，患者101的腹盆腔区域暴露在开口处，以接触患者101下方的水箱107。

水箱107内浸入超声换能器支架109，本实施例浸入在脱气水中，其为可移动的机器人底座(图1Aa中未示出，见图2Aa)。超声换能器支架109位于端部执行器10上(图2Aa)，端部执行器支撑在机器人底座上。超声换能器阵列(未示出)布置于超声换能器支架109上。这些超声换能器中的每个均可通过软件进行单独调节，使得由超声换能器发出的整体超声波111汇聚到患者101体内的焦点113上。水箱107中的水提供了将超声波传送到患者101体内的介质。机器人底座能够在水平面上移动超声换能器支架109(平移)，围绕两个水平且相互正交的轴线倾斜超声换能器支架109，并且竖直地升高超声换能器支架109。

在对患者101进行治疗期间，MRI机持续操作，以生成患者101体内器官的实时图像。MRI机产生靶点113的动态图像，其可以是肿瘤。在合适的计算机上运行的软件用于识别肿瘤，并就肿瘤的运动或位移提供反馈117，以1)调整机器人底座的位置和/或2)移动由超声换能器发出的超声波的焦点(也称为电子操纵)。这样，所述软件可以使用选项1)和2)中的一种，或1)和2)的组合来跟随肿瘤。

典型地，如果肿瘤仅是在FUS换能器上方竖直上升或下降，这可能是由于呼吸时腹部运动造成的，来自换能器的超声波的相位可被改变，使得焦点随肿瘤上下移动。因此，机器人底座提供了仅对肿瘤进行治疗的可能性。周围组织不会被意外消融。这是因为机器人底座在跟随肿瘤位移方面具有极大的灵活性和准确性。

超声换能器支架109和机器人底座的所有部件均由不会影响MRI操作的材料制成。特别是，所有部件均不包括金属。优选地，机器人底座的所有运动由液压或气动活塞提供。相比之下，电机驱动的运动并不合适，因为电机往往包括金属零件，会干扰MRI机的操作。不过，与气动相比，机器人底座的基于液压的操作更受青睐，可使机器人的运动更加平稳和精细，因为压缩空气在压力作用下可压缩，由此可能导致不平稳的运动。

图1Ab图示了密封水箱107的放大图，示出了内部的超声换能器支架109的圆周运动。此处未示出移动超声换能器支架109的机器人底座。附图示出靶点113的消融期间，超声换能器支架109是如何连续移动的。尽管超声换能器支架109旋转运动，但超声的焦点保持固定在靶点113上，不会发生变化。然而，患者101身体的超声波穿透其进入患者101内的区域会不断改变。这就降低了皮肤任何部位过热的可能性，因为超声波穿透所生成的热量会在身体的更大区域内分摊。当超声换能器支架109移动到腹部的另一个部位时，在旋转的超声换能器支架109返回之前，超声波已经穿透并因此发热的皮肤区域可冷却下来。

如图1Ab所示，超声换能器支架109在旋转轨迹上的每个位置均朝向靶倾斜。换言之，腹部内的靶点113保持为超声换能器支架109围绕其移动的焦点。

图1Ac示出竖直移动以及倾斜和旋转的超声换能器支架109的旋转。左侧附图示出超声换能器支架109高于中间附图中的超声换能器支架109而定位，而中间附图中的超声换能器支架109又高于右侧附图示出的超声换能器支架109。这些竖直的移动是由于控制软件随同靶点113而移动超声换能器支架109，而靶点113可能会随着患者101的呼吸而上下移动。

图1Ad示出了改变超声波束的聚焦的另一种方法，其中超声换能器支架109在围绕靶点113旋转时不会竖直移动。替代地，超声波的相位会发生变化，使得焦点会根据靶点113的位置变化而移动。

超声换能器支架109由诸如图2Aa所示的机器人底座所支撑，该机器人底座提供了两个水平方向上的平动运动、围绕正交排列的两个轴线的两个倾斜运动、以及沿轴线的升降。在图1Ae至图1Ai图示了这些简单的运动。由这些简单的运动，可以构成如图1Ab、图1Ac和图1Ad中所示的复杂的复合运动。

·图1Ae图示了超声换能器支架109能够关于水平轴线AA倾斜。白色实心箭头标记了超声换能器支架109上的点，使得读者在示意图上辨别方向。优选地，所述倾斜诸如受到限制超声换能器支架109的移动的物理止挡件(未示出)的限制，使得超声换能器支架109不会翻转。

·图1Af图示了超声换能器支架109能够在与地面水平的BB方向上平动。

·图1Ag图示了超声换能器支架109能够关于枢轴CC倾斜，该枢轴CC与图1Ae所示的枢轴AA正交。

·图1Ah图示了超声换能器支架109能够在与图1Af所示的方向BB不同，且优选地，正交的方向上平动。

·图1Ai图示了超声换能器支架109能够竖直地上下移动，因为超声换能器支架109下方的机器人底座(此处未示出)能够升高超声换能器支架109和降低超声换能器支架109。

由于超声换能器支架109能够以这些方式移动，其具有可构成复杂运动的五个基本运动度。

图1Aj示出了当图1Ai中的竖直运动通过使超声换能器支架109围绕轴线AA旋转而偏斜时产生的可能的复杂运动。有技术的读者现在应该了解，图1Ab所示的运动要求超声换能器支架109关于轴线AA和CC倾斜，同时在由轴线BB和DD限定的平面内平动。此外，超声换能器支架109无需围绕在超声换能器支架109中心的竖直轴线自旋。

图1Ak示出了如何使超声换能器支架109看起来围绕假想的枢轴摆动，其中超声换能器支架109向一侧倾斜，且在超声换能器支架109横向平移时，朝相对一侧倾斜。

在图2Aa的优选实施例中，为了使机器人底座能够以图1Ac至图1Ak中图示的方式移动超声换能器支架109，机器人底座包括多个堆叠且可相互移动的层。机器人底座的顶部为端部执行器10，其中可以放置超声换能器支架109。

图2Ab为图2Aa的机器人底座的爆炸图，图示了机器人底座的各层所提供的不同运动。并且，超声换能器支架109图示为适合置于机器人底座的上部平移平台13内。具体而言，机器人底座设置有如插图(c)和(d)所示的两个不关联的旋转DoF(围绕与如图1Ae和图1Ag所示的示意性轴线AA和CC大体对应的轴线)、以及如插图(a)和(b)所示的具有平移的平动(在由与如图1Af和图1Ah所示的示意轴线BB和DD对应的轴线所限定的平面内)。

因此，本实施例涉及具有超声换能器支架的5-DOF机器人操控器，其作为机器人端部执行器。这种叠套式操控能够同时与超声处理的电子控制配合，从而准确、稳定地靶向腹部或盆腔器官内的病变，但不会造成皮肤灼伤(图11)。有技术的读者会了解，在不同的实施例中均可以省略每个可移动层，使得也许是出于产品成本的考虑，这些实施例可以是不同的DoF。

机器人设计标准

在本实施例的机器人设计和制造过程中，必须考虑以下四个主要设计标准：

C1)工作空间和敏捷性：须适应HIFU束的大操控范围，以覆盖平均尺寸为140×140×140mm的成人肝脏的右叶。水平平移要求在两个垂直方向上具有>15mm的线性行程。换能器支架的平动-倾斜角运动必须>25°。此外，那些DoF必须独立操作，以实现不规则的操纵轨迹，从而使HIFU斑“填满”较大肿瘤(>5cm)，或将斑“切换”到多个肿瘤。

C2)尺寸和防水性：该机器人结构紧凑，可容纳在标准MRI-HIFU台面的密封水箱内，尺寸为275×275×240mm(长×宽×高)。当机器人完全浸入水中时，必须对抗水的张力和阻力而保持敏捷的操作。

C3)靶向的准确性和响应性：HIFU还必须靶向并消融最小尺寸

的肝脏肿瘤。因此，机器人须操纵换能器支架，使得HIFU聚焦点稳定在靶点上，误差<0.5mm。同时，为了降低灼伤皮肤的风险，并保持有效的消融，机器人不仅要作出快速响应以改变腹部皮肤对超声的暴露，还要对呼吸引发的运动进行补偿，运动振幅和频率大致分别为18mm和0.2Hz。

C4)MR安全性：本实施例设计为符合ASTM F2503-13的MR安全标准，即机器人本体须由既不是磁性、金属也不是导电性的材料制成或制造。由于机器人须同时与在MRI的等心点附近的HIFU操作配合，因此在术中MR扫描期间，例如以观察体内的计温学或声学辐射力，不应引发EM干扰或伪影，以免对本实施例的MR标记物的成像甚或跟踪造成不利影响。

机器人配置及其设置

为防止皮肤灼伤，两个不关联的旋转DoF，平动和倾斜，与换能器的平移相配合。基于标准C1)，跟随型机器人包括两个平移平台(即下部平台11和上部平台13)和位于两者之间的旋转平台15，提供五个DoF的操控。如图2Aa所示，机器人底座12和世界坐标分别表示为{x_b,y_b,z_b}和{x_w,y_w,z_w}，而机器人端部执行器10的姿态表示为[x,y,z,θ_x,θ_y]。线性致动器14和旋转致动器16的机制如图2B和2C所示。通过线性导向件18与机器人的底部框架17相连接的下部平移平台11(图8)可在水平面内实现两个相互正交的平移运动(35×35mm)。对于下部平移平台的每个DoF，均有四个3D打印的滑块20(图10A)，通过上下两个轮子(22、24)(图10B)保持线性导向件21，从而消除滑动摩擦，实现平台的平稳移动。

机器人底座(图2Aa)建在下部平移平台的顶部，容纳带轴承的旋转平台。这保证了沿着与下部平台的平移平行的两个轴线，在±25°范围内的旋转。建在旋转平台15的顶部的上部平移平台13(图9)跟随沿机器人底座12的y_b轴线的旋转。其目的是在35mm的范围内引导相对于旋转平台的法向力/平移。作为端部执行器10的换能器支架建在其上，跟随上部平移平台的运动。图2D以示意图示出本实施例的机器人运动学及其配置变量。

基于标准C4)，为了最小化MR成像过程中的干扰，诸如换能器支架、底座和致动器的跟随机器人的关键部件由3D打印的聚合物复合材料(VeroWhitePlus和MED610，Stratasys，美国)制成。诸如管道上的快装连接器的其余部件也由非金属和非铁磁性材料制成。为了在MRI域中对机器人端部执行器进行注册和跟踪，采用了无线RF标记物可将其嵌入换能器支架中，从而实现关于(w.r.t.)MR图像坐标的6-D连续跟踪(图2Aa)。为了提高图像质量，在整个治疗过程中应在患者背部放置MR体线圈。

基于膜片的液压致动

提出一种基于膜片的液压致动系统，以采用基于标准3)的MR安全标准零件提供快速响应和低传输延迟、大输出力以及精确控制。每个机器人DoF致动通过液压管道对进行驱动和传输。使用双缸致动器，其可产生±90°范围内的旋转运动(图2C)。然而，为双向运动而引入的中心齿轮确实将每个单元的尺寸增加到120×58×28mm。基于标准C2)，机器人在水箱的狭小空间内应是紧凑的，同时能够在MRI操作台内实现完全远程操控。由此，重新设计了线性致动器(150×28×28mm)而不带中心齿轮，但仍具有提供35mm行程的双向线性运动的能力。双缸单元的镜像布置尽管其长度增加了(图2B)，但与旋转致动器(图2C)相比可以减轻其重量。对于仅涉及线性运动的应用，诸如机器人的下部平移平台，可以采用此线性致动器来减少机器人的整体占用面积。为此，下部平移平台集成了两个线性缸，其余三个DoF中使用三个旋转致动器，其中一个用于引导换能器支架的线性运动，另外两个用于其平动和倾斜。

在两端处密封液压管道的滚动膜片(MCS2018M，FEFA公司)主要由纤维增强的橡胶制成。在0.1Mpa的流体预压下，膜片在活塞杆的头部翻滚时，由于膜片由内而外的翻转运动，每个膜片被封装在行程长度约为35mm的缸中。经测试，这样的压力可减少大部分齿轮侧隙(gear backlash)。缸单元通过完全充满蒸馏水的10m长的管道与金属活塞相连。因此，必须在MRI室和控制室之间通过波导管引入管道束。需要注意的是，所连接的活塞(CDRQ2BS20-180，SMC pneumatics，中国香港)须由控制室内的电马达致动。所提出的液压传动的致动延迟通过所选的管道材料(半硬质尼龙)及其合适的内径可进行优化。颇有弹性的管道的呈弹簧形状的部分连接至机器人的缸孔口附近，具有一定的柔性，不会妨碍机器人的运动。不过，这些部分的长度须较短(<100mm)，这总是与机器人致动延迟的权衡。

此液压致动设计使得平台能够浸入脱气水箱中并在其内操作(标准C2)。在一些情况下，替代地，也可将脱气水填充在附接有凝胶垫的水袋(例如硅胶制成)中，将换能器和患者隔开。

基于模型的机器人控制

除了使所需的机械结构成为可能，基于模型的控制还要求对机器人的正向运动学进行分析。将处于静止的机器人假设为初始状态，将机器人底座的中心假设为坐标原点O。将任务空间限定为端部执行器(即换能器支架的质心)关于图2Aa所示的坐标的5-D姿态。

端部执行器的姿态可按照下式计算：

其中，表示机器人配置，其对应于沿x、y和z轴的三个平移、以及沿x和y轴的旋转；参数l是焦点相对于端部执行器的深度。

从配置空间到任务空间的平移映射可表示为

其中，雅可比矩阵J可通过求位置p关于输入的微分来计算。

已有矩阵J，逆变换映射可建立如下：

其中，是J的广义逆。注意，配置空间参数限定于水箱中的机器人零件上，假设其与导体输入线性相关。

平移和旋转运动的相关系数不同，分别设为K_t和K_r。即

其中，表示对导体侧电机的致动指令。

为了利用分析模型进行致动指令计算，在机器人底座固定在水箱内后，要求将位置跟踪坐标注册到模型坐标(图2Aa)。

MRI下的换能器姿态跟踪

在MRI下精确定位换能器的姿态是在MRI域中注册机器人任务的先决条件，在此进行HIFU计划，从而实现超声聚焦点关于治疗RoI的精确靶向。已建议使用无线MR标记物，以在MRI坐标中实现连续的实时位置跟踪。通过专门设计用于放大MR信号的电路，即使在低翻转角(<1°)的激励下，所述标记物也可相对于背景提供高的SNR。在本设计中，换能器支架上集成了三个标记物，用于探测其6-D姿态，包括端部执行器的中心位置和法线方向两者。可以应用1D投影脉冲序列，以便能够快速获取位置信号(>30Hz)。然而，每个标记物的信号分布曲线可能会受到标记物方向及其到MR成像线圈的距离的影响。这会在标记物的质心检测中引入信号噪声，从而无法计算端部执行器的姿态。为确保定位精度并保持平稳跟踪，使用机器人运动学模型来预测端部执行器的姿态，并通过卡尔曼滤波将其值与来自标记物的测量值相结合。

预测模型可表述如下：

其中，p_t+dt和p_t为端部执行器的姿态，和为机器人配置，下标“t+dt”和“t”分别代表时间步长t+dt，且t、w_t和v_t分别代表过程噪声(process noise)和观测噪声(observation noise)。

K＝diag([K_t,K_t,K_t,K_r,K_r])是将来自控制室的致动输入与MRI室中的机器人输出相关联的映射矩阵。

组合的机器人配置可计算如下：

其中，G为卡尔曼增益。

因此，组合的端部执行器姿态可以采用等式(1),来计算。

机器人定位精度

为验证沿每个DoF的定位精度而进行实验。所有平移DoF使用与图2B中相同的线性驱动机构进行配置，而两个旋转DoF在图2C中的。图3中图示了平移和旋转的定位精度。将6DEM跟踪器(Aurora，NDI Medical)竖直附接于承载换能器的上部平移平台的边缘上。此EM跟踪到的姿态作为位置基准真值。在平移精度评估中，沿x轴限定十个位置，间距为1mm(图3A)。基于电机输出角和跟随侧平移之间的关系(公式4)，可以计算出驱动指令。操纵机器人以依次获得所有靶。x平移DoF的平均定位误差(涉及10次重复)为0.098mm，最大误差为0.2mm(图3A)。通过类似的测试方法，发现平均旋转误差为0.140°，最大值为0.4°(图3B)。此定位精度优于为MRg-FUS系统设计的现有机器人平台，其中具有代表性的一个平台可满足±0.5mm的平移和±1°的精度要求。

位置频率响应

为评估机器人的动态性能而进行频率响应测试。主要关注的是机器人底座的平移DoF，与其他DoF相比，平移DoF由于较高的有效载荷而对于响应能力最具挑战性。在实验中，将x和y DoF的致动器设置为遵循具有c相位差的正弦波输入(图4B)，从而在0.1Hz到4Hz的频率范围内，在MRI冠状面上协同地沿着圆形轨迹移动(图4A)。从步进电机输入到机器人输出的液压传动通过10m长的管道实现，以满足控制室和扫描室之间的传动长度的要求。

基准圆的半径设定为4mm，跟踪频率从0.1Hz提高到8Hz，间隔为0.1Hz。机器人端部执行器的输出运动由6D EM跟踪线圈来测量。如图4C所示，x和y DoF的带宽达到约4.5Hz，此时幅度减小-3dB。在带宽范围内，相位滞后保持在75°以下。在频率低于4.5Hz时，从计算机信号到机器人输出的传输延迟平均为100ms。结果展示了以频率小于0.2Hz来补偿肝脏呼吸运动的能力。

朝向固定焦斑的端部执行器姿态调整

为了在对组织中的固定焦斑进行消融时防止皮肤灼伤，机器人端部执行器应能够为换能器提供围绕聚焦点的远程中心运动(RCM)。在消融过程中进行这种RCM运动，可以减少特定皮肤区域在超声能量下的平均暴露时间，从而减轻热量积聚(图11)。在图11的左侧，换能器是固定的，皮肤灼伤区域很宽。在图11的右侧，换能器沿所示的弧线移动，因此在皮肤任何一个区域的暴露均会减少。这可以缩短治疗时间，因为不需要定期中断消融过程以进行皮肤冷却。

需要注意的是，当换能器支架旋转时，超声束与腹部组织的干涉会引发皮肤灼伤。如图5所示，基于机器人正向运动学，计算出焦点可到达的工作空间。工作空间的尺寸约为100×100×35mm(长×宽×高)，如果结合电子操纵，可进一步扩大40mm。重点是利用机器人对焦点进行机械操控。围绕每个聚焦点，计算出RCM的最大可操纵角度，以量化防止皮肤灼伤的能力，其随焦点位置的变化而变化，即机器人可实现远程运动中心(RCM)，以减少特定皮肤区域的累积暴露。因此，可以确定本发明的具有平动-倾斜旋转DoF的机器人能够减少皮肤上的热量积累。在两个正交切片中围绕聚焦点的可操纵角度通过暖色梯度可视化，即RCM的可操纵角度范围越大，工作空间内焦点处的颜色越暖。可以为工作空间中心处的焦点提供20°的最大可操纵角度。在现有技术中，通过改变超声换能器支架中的超声换能器的频率或其他波形参数，可以移动超声波的聚焦点的位置，即电子可操纵范围，使得组合的波阵面聚焦于腹部中的靶处。然而，此方法沿超声束的轴线受到限制。因此，本实施例提供的平动和倾斜的自由度围绕聚焦点(RCM)提供了更优的3D工作空间。在本发明的一些变型中，可单独使用超声换能器支架的平动和倾斜来移动聚焦点。在本实施例的其他变型中，超声换能器支架的平动和倾斜可与改变频率或其他波形参数一起用于移动聚焦点。这样提高了对患者的治疗设计的控制水平。例如，如果皮肤灼伤预计不会很严重，则移动超声换能器支架可以不是必须的，而且在一些情况下，仅通过改变频率或其他波形参数，通过跨过肿瘤体积移动聚焦点，可以更快地完成治疗。

MR兼容性测试

使用1.5T MRI扫描仪(SIGNA，General Electric Company，美国)进行MR兼容性测试，以评估本实施例的机器人系统对MR图像的EM干扰。MRI水模体(J8931，J.M.SpecialtyParts，美国)用于提供信号源，附接用于成像的体线圈。将机器人和模体靠近1.5T MRI扫描仪的等心点放置。分别使用快速梯度回波(FFE)和涡轮自旋回波(TSE)序列采集T1加权和T2加权图像。在将机器人引入扫描室之前，先获取模体的3D MR图像作为信噪比(SNR)对比的基线。此外，在将机器人放置在模体旁边时，对模体进行3D成像。如图6所示，从置于机器人旁边的MRI模体的MR图像中发现，EM干扰可以忽略不计。图6的表中汇总了三种操作条件下T1和T2的归一化SNR结果。即使机器人在操作中，也没有在MR图像中发现SNR损失小于2％的可观察到的图像伪影。这就提供了同时执行MR成像和机器人致动的能力，而这正是在消融过程中进行呼吸运动补偿和防止皮肤灼伤所要求的。

基于MR的跟踪测试

无线MR标记物用于在MR图像坐标中定位机器人端部执行器。该标记物由圆柱形玻璃管(Φ3×8mm)制成，管内密封有掺钆水(浓度：10mM)，以提供信号源。将小型RF线圈(1.5×6.7mm)附接至管子上，以局部放大MR信号，从而提供与背景相比高的图像对比度。在液压致动中引入溶液，以减少水的T1弛豫时间，从而消除来自致动液体的背景信号。如图7A所示，在获得三个标记物的位置后，可将机器人的初始姿态注册到MR图像坐标中。采用1D投影脉冲序列，能够实时跟踪标记物位置。图7B示出三个标记物沿x轴的1D投影信号的强度曲线，可以沿投影轴提取出标记物的峰值。然后，通过对1D标记物坐标的可能组合上施加几何约束，例如标记物的相对位置，可以相应地求解标记物的3D位置。在标记物被机器人移动的情况下，通过连续执行1D投影扫描进行实时跟踪测试。图7C给出40s内沿x轴的时间序列投影图像，时间分辨率为12ms。在图7C中存在以83.3Hz采集的x轴上的连续投影位置。SNR非常高，以至于在每个时间步长上均能对比和观察到0-256像素内的单点信号。标记物图像展示了相对于背景的高对比度，其可自动检测以在MRI下提供实时位置反馈。本实施例是用于腹盆腔器官中的MRg-FUS治疗的5-DoF远程操控定位系统。其为一种紧凑型机器人，可包含FUS换能器阵列的3-DoF平移和2-DoF旋转，其是在同类产品中首实现最大的声学窗口，以跟踪患者体内的HIFU斑，以及最大程度的灵活性以避免超声处理引发的皮肤残留。然而，防止皮肤灼伤的能力是至关重要的，尤其是对大器官而言。

通过将液压致动器升级为具有更大运动行程的液压致动器，例如，配备3个缸的连续电机可提供不受限的旋转范围，如图所示，可进一步扩大每个聚焦点的RCM的可操纵角度。采用快速响应(4.5Hz带宽，100ms延迟)液压致动器，该机器人可补偿生理运动，从而将焦斑稳定地固定在移动的病变靶上。位置频率响应已在沿MRI冠状面移动机器人底座的两个DoF上得到验证，从而证明了其进行呼吸运动(<0.2Hz)补偿的能力。

替换步进电机，可以包含高端速度伺服电机，从而进一步提高跟踪响应速度和整体动态性能。相对于平移(最大误差：0.2mm)和旋转(最大误差：0.4°)的高定位精度可提供精细的机械操纵，以及对HIFU斑的电子控制。请注意，焦斑位置是从MR图像上的病变质心测量的。本实施例中的机器人的定位精度测试仅表明换能器支架本身的定位，而没有考虑临床场景中的一些因素(如换能器在水中运动时引发的牵引力和剪切力、固有的MRI图像失真和分辨率限制)。

该系统配备有无线RF标记物，能够在MRI坐标中对机器人的任务空间进行连续注册。通过将MR安全编码器(例如MR431，Micronor Inc.卡马里奥，美国)包含到机器人的每个DoF，可进一步提高定位精度。此外，通过来自编码器和MRI反馈的融合感官信息还可以实现鲁棒的反馈控制。通过模拟来评估大体积的工作空间(100×100×35mm³)，表明可以处理大的腹盆腔器官(如成人的肝脏，右叶长约16mm)的大肿瘤或多个肿瘤的治疗。通过SNR测试和1D投影技术，还分别验证了与MRI和基于MR的实时跟踪的兼容性。结果表明，使用敏感的1D投影脉冲序列，即使将机器人放置在MRI扫描仪的等心点附近并进行致动，机器人致动也不会引起可观察到的伪影。

本实施例可用于腹盆腔器官肿瘤治疗。除HIFU外，FUS技术的最新进展还促进了其他非热治疗，例如热疗介导的基因治疗、药物输送和血脑屏障(BBB)开放。通过使用自动换能器相位调制(即小范围电子操纵)及其与用于相关FUS应用的机器人操纵相结合，诸如在术中MRI下形成的特定声学模式，而不是仅形成焦斑，还可以对本实施例的机器人进行改进。

图12图示了另一个实施例，其为包括转盘1201的机器人底座，转盘1201能够围绕转盘的中心枢轴YY自旋。超声换能器支架109连接至转盘的一侧。可选地，但不必须地，超声换能器支架109还能够围绕处于超声换能器支架109中心的轴线XX自旋。此外，超声换能器支架109还可以围绕水平轴ZZ倾斜。本实施例可以放置在用于传输超声波的密封水箱107内。本实施例的所有零件均可使用非磁性和非金属材料(例如塑料)制成，以便放置在作为MRI机的一部分的治疗床内部或下方，从而不影响MRI机的成像操作。转盘的旋转可以通过优选地由液压驱动的非金属齿轮组(未示出)来提供。

图13a示出图12的实施例围绕靶点113的旋转运动。如图所示，超声换能器支架109绕ZZ轴倾斜，以指向组织靶。图13b示出转盘稍作自旋后的图12的实施例。超声换能器支架109通常绕相同的轴线ZZ倾斜仍指向组织靶。这是因为轴线ZZ随转盘旋转。图13c示出转盘再自旋稍微多一点后的图12的实施例。超声换能器支架109通过绕相同的轴线ZZ倾斜仍然指向组织靶。因此，上述实施例包括提供在平面内的平移运动的机器人底座、以及超声换能器支架109绕其倾斜的至少一个水平轴。提供超声换能器支架109的平移运动和倾斜运动的组合其他设计也是可能的，其也包括在本说明书的考虑范围内。在一些情况下，当靶点在治疗床上侧向移动时，倾斜超声换能器支架109比改变超声换能器的相位更容易聚焦超声波。

虽然本发明已参照其优选实施例进行了特别的展示和描述，但本领域技术人员应当理解，在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明的形式和细节进行各种改变，并且这些实施例仅仅是对本发明的说明，本发明仅受所附权利要求书的限制。特别是，上述具体实施方式通过举例而非限制的方式示出本发明。该说明书使本领域技术人员能够制造和使用本发明，并描述了本发明的若干实施例、适应性调整、变型及本发明的使用方法。

Claims (15)

1.一种MRI引导的聚焦超声定位系统，所述系统能够将来自聚焦超声换能器的超声波聚焦到患者体内的特定对象以引发微机械效应，其特征在于，所述系统包括：

MRI兼容的机器人平台，其提供多个自由度的运动，包括：

底部框架；

安装在所述底部框架上的下部平移平台，用于相对于所述底部框架做线性运动；

安装在所述下部平移平台上的机器人底座；

安装在所述机器人底座上的旋转平台，用于相对于所述机器人底座做旋转运动；

安装在所述旋转平台上的上部平移平台，用于相对于所述旋转平台做线性运动；以及

安装在所述上部平移平台上的端部执行器，使得所述端部执行器的运动由所述下部平移平台、所述旋转平台和所述上部平移平台的运动引起，以瞄准换能器焦点；

连接到所述机器人平台的至少一个致动器，使得所述系统根据其自由度中的至少一个而移动；

设置在所述端部执行器上以产生具有焦点的超声能量的聚焦超声换能器，所述换能器能够通过调整所述换能器的相位被电子操纵，或通过移动所述机器人平台被机械操纵；

嵌入所述端部执行器中的至少一个标记物，所述标记物提供允许在MRI坐标系中对所述端部执行器进行注册和跟踪的信号；以及

控制系统，用于远程控制所述机器人平台的运动且用于接收术中MRI数据。

2.根据权利要求1所述的MRI引导的聚焦超声定位系统，其中，所述MRI引导的聚焦超声定位系统提供五个自由度的运动，其中：

所述下部平移平台在相对于所述底部框架的垂直方向上提供两个自由度的线性运动；

所述旋转平台在相对于所述机器人底座的垂直方向上提供两个自由度的旋转运动；

所述上部平移平台相对于所述旋转平台提供一个自由度的线性运动。

3.根据权利要求1所述的MRI引导的聚焦超声定位系统，其中所述系统的由所述致动器引起的运动为向前-向后、向左-向右、向上-向下、平动和倾斜中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的MRI引导的聚焦超声定位系统，其中所述运动由气动和液压致动中的至少一种驱动，从而实现零电磁干扰、提高磁共振成像质量和所述标记物的跟踪性能。

5.根据权利要求1所述的MRI引导的聚焦超声定位系统，其中所述换能器的运动使用滚动膜片密封的液压致动器来实现。

6.根据权利要求1所述的MRI引导的聚焦超声定位系统，其中所述机器人平台浸入将所述换能器耦合到所述患者的身体的脱气液体的密封箱内并在所述密封箱内操作；以及

具有脱气液体的所述密封箱集成在MRI台内。

7.根据权利要求1所述的MRI引导的聚焦超声定位系统，其中所述换能器通过附接至凝胶垫上的中间液体容器耦合至所述患者的身体。

8.根据权利要求1所述的MRI引导的聚焦超声定位系统，其中所述机器人平台的每个自由度独立或同时移动，以实现关于超声焦点的远程运动中心，从而减少特定皮肤区域于超声能量的暴露时间。

9.根据权利要求5所述的MRI引导的聚焦超声定位系统，其中，即使所述机器人平台浸入在液体中或在所述换能器的顶部支撑液体容器，所述液压致动器也提供高有效载荷能力和高响应能力。

10.根据权利要求5所述的MRI引导的聚焦超声定位系统，其中所述液压致动器的带宽达到4.5Hz，且针对所述上部平移平台和所述下部平移平台的每个自由度达到90mm/s的移动速度，允许在治疗期间进行生理运动补偿，减少操作时间。

11.根据权利要求1所述的MRI引导的聚焦超声定位系统，其中用于超声焦点机械操纵的工作空间为100×100×35mm或更大。

12.根据权利要求1所述的MRI引导的聚焦超声定位系统，其中所述上部平移平台和所述下部平移平台的每个自由度的行程为±35mm，所述旋转平台的每个DoF的行程为±60°。

13.根据权利要求1所述的MRI引导的聚焦超声定位系统，其中所述运动的误差针对平移不大于0.2mm，针对旋转不大于0.4°。

14.一种MRI兼容的机器人平台，其提供多个自由度的运动，其特征在于，包括：

底部框架；

安装在所述底部框架上的下部平移平台，用于相对于所述底部框架做线性运动；

安装在所述下部平移平台上的机器人底座；

安装在所述机器人底座上的旋转平台，用于相对于所述机器人底座做旋转运动；

安装在所述旋转平台上的上部平移平台，用于相对于所述旋转平台做线性运动；以及

安装在所述上部平移平台上的端部执行器，使得所述端部执行器的运动由所述下部平移平台、所述旋转平台和所述上部平移平台的运动引起，以瞄准所述换能器焦点；

设置在所述端部执行器上以产生具有焦点的超声能量的聚焦超声换能器，所述端部执行器的运动导致瞄准所述换能器焦点；

嵌入所述端部执行器中的至少一个标记物，所述标记物提供允许对所述端部执行器的位置进行注册和跟踪的信号；以及

其中，所述机器人平台适于接收至少一个致动器的信号，使得所述平台根据其自由度中的至少一个移动。

15.根据权利要求14所述的MRI兼容的机器人平台，其中，所述MRI兼容的机器人平台提供五个自由度的运动，其中：

所述下部平移平台在相对于所述底部框架的垂直方向上提供两个自由度的线性运动；

所述旋转平台在相对于所述机器人底座的垂直方向上提供两个自由度的旋转运动；

所述上部平移平台相对于所述旋转平台提供一个自由度的线性运动。