5、放射治疗中的机器人系统应用

放射治疗中的机器人系统应用

1. 引言

医疗机器人是一个令人兴奋且相对较新的领域，在医疗工程中发挥着重要作用。20世纪80年代，医疗机器人首次应用于泌尿外科，当时开发了机械臂用于前列腺切除术。如今，机器人还能高度专业化地协助诊断和治疗患者。使用机器人可以提高医疗质量和可及性，减少人为错误，并将专业信息带到偏远地区，无需医生直接干预。

在放射治疗中，来自X射线、伽马射线、中子等的高能辐射被用于杀死癌细胞和缩小肿瘤。辐射可以来自体外的机器（外照射放疗），也可以来自放置在癌细胞附近的放射性物质（内照射放疗、植入放疗或近距离放疗）。

利用机器人系统改善癌症治疗效果是一个新领域，它与电子学、计算机科学、人工智能、机电一体化、纳米技术和生物工程等领域有交叉。机器人可在医疗设施中执行不同任务，如输送辐射源、在辐射输送或外照射过程中实时跟踪肿瘤。

市场上唯一的机器人放射治疗产品是射波刀机器人放射外科系统。该系统在束流输送过程中具备所谓的实时跟踪功能，它是一个6MV线性加速器安装在六自由度（DOF）的KUKA工业机器人上，具有实时图像引导控制。但从获取肿瘤坐标到重新定位线性加速器存在约200ms的显著时间延迟。射波刀 - KUKA机器人搭配线性加速器末端执行器适用于任何身体部位的放疗，但其视野大小局限于12个直径从5mm到60mm的离散圆形区域，工作空间受限，放疗界尚未完全接受使用工业关节式机器人操纵器的理念。

2. 近距离放疗机器人

近距离放疗是一种使用密封放射源，通过间质、腔内或表面应用在短距离内输送辐射的治疗方法。这种治疗方式可以在局部向肿瘤输送高剂量辐射，同时周围正常组织的剂量迅速下降。

近年来，多个研究小