赵明先生，高级工程师。
关键词：MRI兼容机械装置
一 引言
MRI成像引导介入治疗融MRI成像技术和介入诊断与治疗技术于一体，具有多方位成像、多切面定位、组织对比分辨率高、无电离辐射、不用对比剂即可显示血液流动、可测评温度变化等特点。
该技术虽然最早出现在20世纪80年代，但一开始受手术空间小(磁体大而笨重、医生接触患者不方便或很难接触)、成像速度低、强磁场和伪影阻碍介入手术器械工作等因素的困扰和制约，发展缓慢。有鉴于此，开放式磁体系统的开发和改进、超高速扫描序列的开发、MRI兼容机械装置的发明和应用成为业界公认的实现MRI成像引导介入治疗并促进其发展的三项关键技术。
随着上述三项关键技术的逐一突破，以及其它商务和技术因素的影响(如因MRI成像设备技术的飞速发展而导致的功能拓展、MRI设备降价、普及所带来的应用面扩大等)，MRI成像引导介入治疗技术的应用和研究迅速兴起，并成为介入治疗医学中的一大热点。
当然，从商务角度看，MRI成像设备制造领域内的竞争激烈也为MRI成像引导介入治疗技术的兴起起到推波助澜的作用，并直接促进了一些实验室技术的产品化和一些成熟产品的商品化。
作为实现MRI成像引导介入治疗的关键技术之一，MRI兼容机械装置技术是指人们在长期的研究和开发实践过程中发现和总结出来的那些与MRI兼容机械装置的设计、制造、应用和维护相关的共性技术。包括材料性能、元器件选择、加工制造工艺、机构设计、运动检测与控制等多方面。该技术与新材料、机电一体化技术、计算机技术等的发展密切相关，随着各种相关技术的发展，而得到不断的改进和应用。
目前，运用MRI兼容机械装置技术。人们已成功发明和制造出多种不同类型的MRI兼容机械装置，并将之用于临床或试验研究。这些MRI兼容机械装置不仅涵盖了各种不同类型的微型精密机械、主从式机械手和多自由度手术机器人等，而且它们的临床应用也涉及到组织穿刺活检、肿瘤消融治疗、血管介入等多方面，并正在应用的深度和广度上持续拓展，发展非常快速和活跃，前景广阔。
本文就近年来有关MRI兼容机械装置技术及其临床应用的研究介绍如下。
二 MRI兼容机械装置技术的发展过程
综观MRI兼容机械装置技术的发展过程，可以明显地看到其呈阶段性发展的特点。迄今为止，主要表现为三个阶段：即从适应医生的需要，到减轻医生操作的劳动负荷，再到操作过程的自动化、信息化、柔性化和智能化。而符合MRI兼容性要求的材料的发展和应用则是其主线，贯穿于三个阶段。
1. 适应医生需要的阶段
早期开发的开放式MRI成像引导介入治疗装置，由于成像功能的限制，大都是外科医生实施手术操作或治疗操作(如乳房肿瘤组织穿刺活检)的辅助装置。例如GE公司在上世纪90年代早期开发的MRI成像引导介入手术装置0.5T Signa SP/i中，医生对患者某一部位的手术操作和MRI成像同步进行，医生通过术中成像可观察到肉眼不能直接见到的手术野，改进手术过程。这些装置虽融合介入诊断、治疗及MRI成像引导等技术于一体，但手术或治疗过程依然需要医生亲自动手实施，因而不能解决医生因劳累、手颤动等带来的问题。而且由于手术操作空间小等因素，限制了医生的工作。
在该阶段，MRI兼容机械技术研究的重点是开发和研制适合在高场强磁场环境中使用的手术和治疗器械(例如手术刀、止血钳、穿刺针、导管、导丝、支架等)，以满足医生的需要。而寻找和研制符合MRI兼容性要求的材料以及与这些材料相关的加工工艺的研究则成为重中之重。
此后，有关材料的研究一直在持续着，并逐渐成为支持MRI兼容机械装置技术发展的基础和先导，下文将重点介绍。
2. 减轻医生操作的劳动负荷的阶段
为了解决医生在手术实施过程中存在的问题，减轻他们在手术操作的劳动负荷并能发挥他们在经验、智力等方面的优势，做到随机应变，以实现精准治疗和稳定治疗。由医生亲自操作控制的主从式机械手(Master-Slave Manipulator)等自动或半自动机械装置或器械逐步引入外科手术。这类机械手系统中，目前已成功商品化的主要有美国Intuitive Surgical公司开发的达芬奇(Da Vinci)系统和Computer Motion公司开发的ZEUS系统。
以开发于2000年的达芬奇系统为例，该系统的造价虽达百万美元，但却具有人手无法相比的稳定性及精确度，已用于侵入式手术。医生可通过该系统内置的立体影像摄影机，观察和拍摄患者的状况，然后通过手动操作控制台旁的操纵杆，控制机械手臂运动；需要时可将机械手臂连接各种精密手术器械，从而实现不同的手术操作。
这类主从式机械手装置和系统依然存在很多缺点和问题。首先，它们大都是由外科医生亲自操作控制和智能自主控制相结合的独立系统，不能直接应用患者数据和多类别(Modality)图像含有的丰富信息，需要实现与医疗成像设备和信息传输设备的集成。其次，人们一般认为外科医生的眼睛在手术过程中很重要，但是事实上由于视觉的限制，会产生一些问题。例如，呈现在眼前的一些肿瘤看上去却像健康组织，一些恶性肿瘤会被健康组织挡住而不易发现。另外，这类主从式机械手装置和系统需要医生就近观察和实施手术，还不能实现远距离手术。最后，大多数系统所采用的机电元器件和制造零部件所用的材料不满足MRI兼容性要求，不能置于MRI系统中使用。
因而在该阶段，MRI兼容机械技术研究的重点是对已有的机械手装置和系统进行MRI兼容性改造或重新设计；并按照临床应用的新要求、开发和研制新的自动或半自动机械装置或器械(如用于乳房组织穿刺活检的多自由度机械手等)。
机电一体化技术被大量应用于这些自动或半自动机械装置或器械的研制，而寻找和研制符合MRI兼容性要求的驱动元器件、传动元器件以及与这些元器件相关的材料和制造工艺的研究则成为关键。
3. 操作过程的自动化、信息化、柔性化和智能化的阶段
近年来，MRI成像引导介入治疗装置的发展已日趋完善，并日益呈现出自动化、信息化、柔性化和智能化的特点。MRI实时成像引导与手术机器人的结合成为构造各类不同MRI成像引导介入治疗装置的最佳方案。一方面，MRI实时成像引导可以为手术机器人提供精准导航和实时导航。手术之前，手术机器人可以按照术前成像，计划和编制其在手术过程中的运动轨迹。手术过程中，手术机器人可以按照术中成像，实时发现和辨别目标器官产生的变形，并依照变形的量值进行运动轨迹的调整；另一方面，手术机器人成为MRI成像引导介入治疗中的最佳执行装置。多自由度手术机器人可以支持多种手术或治疗方式(例如高能聚焦超声治疗、激光治疗、微波热疗等)，可以夹持多种不同类型的精密治疗器械，灵巧、稳定、连续、持久、快速地完成多种高难度动作。
MRI兼容机械技术研究的重点也随之转向多自由度MRI兼容手术机器人的研究和已有器械和装置的功能扩充和“柔性化”、“智能化”改造。
按照临床应用的要求，与常规的外科手术机器人的结构设计和控制相比，多自由度MRI兼容手术机器人及其成像引导系统需要特殊设计。
首先，它要具有MRI兼容性。所用的大部分元器件必须重新设计，并采用MRI兼容性材料来制造完成。
其次，还要具有多类别影像检查设备的兼容性。事实上，单纯满足MRI兼容性要求的外科手术机器人并不是完全符合经济要求和临床需求的设备。一方面、外科手术机器人购置和维护费用昂贵，只有提高它的使用效率，才能近早实现回报；另一方面，临床介入治疗的发展在朝着多类别联合诊断和成像引导治疗的方向发展。因此，理想的外科手术机器人不仅要兼容MRI，而且还要兼容CT、X射线等不同类别的影像检查设备，满足它们各自的特殊需要，实现跨平台、联合的目标。影像检查设备的兼容性对手术机器人的设计提出了挑战，设计者必须要考虑各种不同类型的影像设备的图像获取、安全、人机交互以及其它所有对影像检查设备的功能不形成冲突的要素。
最后，就未来的发展方向来说，包含MRI成像引导介入治疗在内的成像引导介入治疗将会是一个系统的、连续的、多类别的卫生保健系统，涵盖了术前计划(Pre-Op Planning)，术中的成像引导和手术导航，术后看护，以及其它相关事项。手术机器人将会成为一个复杂的生物医学信息系统中的一个要素，将会成为计算机集成手术系统的一部分，专门设计在手术室内工作。
三 MRI兼容机械装置与医生、患者之间的“人机”关系
上述的各种不同类型的MRI兼容机械装置，无论其多么精密、多么复杂和“智能化”，本质上还是器械，是外科医生对患者实施手术和治疗所用的工具，是医生手的延伸，眼睛的延伸，体力、耐力和思维判断能力的延伸。从这些器械设计和使用的一开始，就必须考虑其在MRI磁体这样一个特殊的环境下，人机之间的关系，解决有关“人机工程学”问题，实现人机兼容。
首先，多数MRI兼容机械装置的人机兼容，都是在其发展的过程中逐步完善和解决的。比如乳房肿瘤组织穿刺活检用的机械装置，就是从最初那些只能简单地辅助医生实施穿刺定位用的网格状台架，发展到今天的多自由度机械手。
其次，MRI成像引导介入治疗是个系统工程，涉及多方面。就MRI磁体间而言，不仅要满足MRI扫描的要求，而且更要按照手术室的标准和要求进行改造和建设，满足灯光、通信、麻醉、医用废弃物处理等要求。因此，MRI兼容机械装置必须满足与其配合使用的其它装置和器械的要求，与它们兼容。
第三，无论MRI兼容机械装置和技术多先进、可靠，也不能脱开外科医生的操作和控制。不能忽视医生的经验和他们解决复杂问题、驾驭全局的能力。
四 MRI兼容机械装置技术的特点
(1)MRI兼容性要求高。以图1所示的MRI成像引导前列腺治疗装置为例，目前已经实用化的各种不同类型的MRI兼容机械装置，无论是微型精密机械、主从式机械手，还是多自由度手术机器人，其用于实施介入手术或治疗操作的机构部分都必须要在磁体腔内的成像区域内精密、准确地按控制要求完成工作，除此以外的其它重要部分(如驱动电机等)也要就近安置在磁体腔出口区域，以利于传动链的缩短和两者的有效结合，因此其整体必须具有高度的MRI兼容性。它们的MRI兼容性要求比常见的MRI接收线圈等的MRI兼容性要求还要严格，具体地说，一方面该类机械装置及其运动不能对MRI成像造成任何不利的影响；另一方面，该类机械装置在磁场下工作是安全有效的，能实现预期功能，不会对患者和操作员造成意外伤害。例如不会因磁场的吸引而使某些机构发生错误或意外的运动，不会对某些电气元件造成电干扰，不会因电磁感应而使一些电气元件产生过热。
MRI兼容机械装置的MRI兼容性要求的实现除了是满足MRI成像引导的必要条件外，还具有其它意义。那就是在实现该兼容性的基础上，其它类别设备的兼容性问题将在此基础上易于解决。这对实现跨平台，联合各种不同类别的影像检查技术一起工作非常有利。
(2)MRI兼容机械装置技术是典型的机电一体化技术，具有“柔性”和“自动化”、“智能化”的特点。它一方面要代替外科医生实现精确、稳定而灵巧的手术操作，消除手术过程中的一些传统影响(例如由于医生手的颤动等因素而带来的影响)；另一方面，则要像医生那样会思考判断，具体问题具体处理，将外科手术所造成的创伤减少，达到更佳的治疗效果。
(3)MRI兼容机械装置必须按照安全和无菌的要求特意进行设计，以满足手术室内所用器械的安全要求和使用要求。以减少手术的风险如细菌感染，令病人能够早日康复。
(4)样式各异，大小不同，复杂程度不一，具有“多品种、小批量”的特点。MRI兼容机械装置包括了各种不同类型的、不同自由度的机械装置，涵盖了微机械装置、机械手装置、机器人装置等。机械装置的具体设计要考虑患者治疗时所处体位的不同、患者的固定、治疗的复杂程度、MRI发射或接收线圈的布置和定位等因素，做到人机兼容。为此，一些装置根据其使用时的特异性，设计为“专机专用”。例如：就MRI成像引导高能聚焦超声而言，在其用于治疗肝部肿瘤的过程中，需要考虑患者肋骨对高能聚焦超声波束的阻挡等影响因素；在其用于治疗前列腺的过程中，需要考虑患者尾骨对高能聚焦超声波束的阻挡等因素。因而用于治疗肝部肿瘤和用于治疗前列腺的MRI成像引导高能聚焦超声治疗装置在结构上不相同，具体表现在换能器的结构、运动机构和超声耦合介质的应用等方面。
(5)与线圈配合使用。MRI扫描过程中需要用到的不同类型的发射或接收线圈，线圈的布置、定位和固定会影响到MRI兼容机械装置的运动轨迹，和有关治疗器械的有效工作。例如：在MRI成像引导乳房组织穿刺活检过程中，需要考虑乳房线圈开放空间的大小、方向和位置，以及患者乳房在该线圈内的袒露程度。因而乳房线圈在满足影像检查要求的前提下，要设计的尽可能开敞和简洁。
(6)推动了新器械的产生。随着介入MRI和开放式MRI技术的发展，与MRI兼容使用的仪器设备也得到迅速的发展。例如，与MRI兼容使用的手术器械和内镜产品已经发展出很多品种并达到了实用化的水平，其中的多数已成为可以买到的商品。
(7)促进了新材料和新技术的应用。MRI兼容机械装置技术对新材料的开发提出了要求，反过来，新材料的发展和应用促进了MRI兼容机械装置技术的快速发展。以超声电机为例，超声电机在MRI兼容机械装置中的广泛应用和改进直接促进了压电陶瓷材料、超声电机结构设计、控制电路和制造工艺技术等的发展，扩大了超声电机的种类，拓展了其应用面。
五 符合MRI兼容性要求的材料和元器件的特点
一套完整的MRI兼容机械装置，需要由多种不同类型的结构零件、驱动元器件、传动元器件、运动和位置检测元器件、标准件等组成，但是目前市面上可以提供的常规材料和元器件中，能满足MRI兼容性要求的并不是很多。大部分的常规材料和元器件，不是不能用，就是在磁场下性能失常，不能直实地发挥作用，或是难加工、成本高，难以实用。这对MRI兼容机械装置的设计和制造带来很多麻烦。
因而MRI兼容机械装置技术发展的主线之一就是寻找和研制满足MRI兼容性的材料，并在此基础上发明新元器件或对一些常规元器件进行改造以提高性能，拓宽临床应用面。与这些材料和元器件相关的加工和制造工艺的研究则成为MRI兼容机械装置发展的基础之一。
为此，国内外的一些学者、医疗影像设备制造商和元器件制造商长期专注于MRI环境下材料的兼容性问题的研究和新材料、新器件的发明和临床应用。
例如：GE公司全球研发中心的John F. Schenck早在1996年就定义了MRI材料兼容性的概念并对许多材料进行了分类。GE公司也从工程化的角度给出了MRI兼容性材料的特性测试规范和有关的设计指导方针。日本的一些学者依托该国企业在超声电机等研制上的技术和产业优势，对MRI兼容机械装置进行了深入的研究和试验，也取得了非常显著的进展。
图2所示的ROBITOM系统是德国卡尔斯鲁厄项目组开发的新一代MRI成像引导乳房穿刺活检和肿瘤治疗系统。它就采用了超声电机、精密气动作动器等多种新型MRI兼容性器件。
图3所示的是飞利浦公司开发的新一代MRI成像引导聚焦超声肿瘤治疗系统，它采用了精密液动作动器等多种新型MRI兼容性器件。
以下将就符合MRI兼容性要求的材料和元器件的有关情况进行介绍。
1. 符合MRI兼容性要求的材料
在MRI兼容性材料的选择方面，目前比较权威的文件是由GE公司制定的MRI兼容性材料的设计指针。该文件对常用材料的工作区域、类型等进行了定义和推荐。此外，其它公司和个人在长期实践过程中积累的一些经验也很值得推广。
总的来说，MRI兼容性材料的选择和应用需要考虑以下几点：
a. MRI兼容性材料的选择和应用必须按其工作区域的不同进行
通常，在磁体屏蔽间内工作的任何器械和设备，在设计和应用上必须首先考虑其工作区域，并按工作区域的不同，满足强弱不同的MRI兼容性要求。按照GE公司的定义，MRI兼容性材料的工作区域主要有四个，分别是：
区域1：位于该区域的设备包含在成像容积内并与患者一起贯穿MRI扫描的整个过程；
区域2：位于该区域的设备包含在成像容积内并与患者一起贯穿MRI扫描的整个过程，但不包含在感兴趣区(ROI)内；
区域3：位于该区域的设备将会在成像容积内使用，但在扫描过程中或不使用时将会被移走；
区域4：位于该区域的设备在磁体间内使用，与磁体中心保持1 m以上的距离，或者在200高斯线外。
其中，区域1的级别最高。只有那些磁化系数接近人体组织(-9.05 ppm)和空气(0.36 ppm)的材料可以用于区域1内工作的设备的制造。以MRI检查床为例，检查床床面板及位于其腹部的支撑轮在承载患者进入磁体腔进行扫描和介入治疗时，需要在磁体腔内的成像区域安全就位，因此一般选择MRI兼容性好、具有较强机械性能的FRP材料来制造床面板主体，选择MRI兼容性和机械性能都上佳的陶瓷轴承来充当腹部的支撑轮。除床面板外，检查床的主体部分都位于磁体腔外，其构成部件可以按其远离磁体的不同用MRI兼容性较差、但机械性能较好的铝合金、奥式体不锈钢等材料来制造。用于驱动机构运动的步进电机、交流伺服电机等电磁式电机因不具有MRI兼容性，必须被置于远离磁体的5高斯线外。
b. 在材料运用上要扬长避短、物尽其用
按照GE公司的定义，目前具有可用性的材料，按其对MRI造成伪影影响的不同，主要分为以下3组：
第1组：在人体组织内对MRI图像无伪影影响的材料。例如：尼龙、氮化硅陶瓷、聚四氟乙烯塑料、聚砜树脂、玻璃纤维增强塑料、杜邦公司Vespel聚酰亚胺塑料、树脂玻璃、氧化锆陶瓷、木材和纯铜。
第2组：使用该材料可对MRI图像造成可察觉的伪影，但该影响无关紧要，可忽略。例如：氧化铝陶瓷、硅橡胶、石英(二氧化硅)、铅和锌。
第3组：使用该材料可对MRI图像造成明显的伪影，但该伪影影响可经特殊处理后被接受。例如：钛合金、钼合金、钨合金、石墨、钽合金、埃尔吉洛伊非磁性合金、美国Thermofil公司增强型热塑性塑料esbrid、锆合金和铝合金。
这些材料大多稀缺而昂贵，而且其性能也随生产批次和制造工艺等的不同而差异较大。因此在实际应用前都要先经过试验验证等，以确保其可用。此外，在材料运用上要尽量做到扬长避短、物尽其用。按材料性能、可加工性等的不同，充分发挥其长处。对于那些MRI兼容性虽不佳，但其它性能良好的材料，如果不得不用的话，还要在试验的基础上，进行缺陷补偿，以抑制和限定其危害。
目前，在MRI兼容性机械装置的实际设计和制造中，通常选用的材料主要有以下几类，详见表1：
c. 在材料选择上要权衡各种因素，反复试验
在实际的设计和应用中，选择材料需要权衡材料价格、机械性能、电气性能、可加工性、可装配性以及材料的MRI兼容性等。还需要通过运动磨合测试来验证其性能指标。
材料价格的影响：贵金属和某些塑料、矿物材料的价格高昂，但MRI兼容性优良。因而在必要时必须不惜代价。例如，蓝宝石球轴承可用作性能卓越的关节元件，陶瓷轴滚珠承可以安全高效地承托MRI检查床床板进出磁体腔。
可加工性和装配性：随着各种不同种类的MRI兼容性材料的发现和应用，与它们的加工和制造工艺相关的研究日益重要，并直接关系到这些材料的使用效果。例如，陶瓷材料具有较高的强度和刚性，是比较理想的MRI兼容性机械材料，但其易碎，因此要选用数控加工、激光加工等精密或超精密加工技术对其进行加工。在加工过程中还要防止其破碎、开裂和蹦口，否则功亏一篑。此外，陶瓷材料制成的零件在装配过程中操作不当也易碎裂。因此，要十分注意加工工艺的制订和加工、装配经验的积累，数控机床加工这些材料需要反复多次地调整刀具和进给量，按预期的精度和表面质量制造完成。
MRI兼容性测试：考虑到零部件加工过程可能对MRI兼容性造成影响，完成后的零部件还需要由MRI进行安全和伪影测试，直到可接受为止。实际上，材料选择是一个费时费力、劳时伤神的复杂过程，可能需要多次反复和重复劳动。
2. 符合MRI兼容性要求的元器件
事实上，发明和应用新的元器件是一件劳时费力的事情，不但周期长、花费高，而且风险大。因此目前使用的满足MRI兼容性要求的元器件，无论其类型如何，大部分都是通过应用MRI兼容性材料，对一些常规的元器件进行组成、结构和制造工艺的改进或重新设计而得到的。与类似的常规元器件相比，部分元器件的性能会出现不同程度的降低，而且实际效能仍需通过反复多次的试验验证才能知道。这些测试虽然繁琐、费时，但却非常重要，因为元器件的可靠性是系统可靠性的基础，只有摸清元器件的性能，才能保证整个MRI兼容机械装置的质量。
符合MRI兼容性要求的元器件的开发不仅涉及诸多电气、电子元器件，精密机械元器件的开发，而且还包括了齿轮、齿条，蜗轮/蜗杆、弹簧、螺钉、螺母、轴承等常规机械元器件、标准件的开发。由于这些机械元器件可以直接用满足MRI兼容性要求的材料加工而成，测试简便，因此，它们的开发主要是通过结构和制造工艺的改进来实现的，开发难度相对来说容易一些。
以下将就目前常用的几类驱动元器件进行简要介绍。主要包括：超声电机、精密液压作动器和精密液压马达、气动作动器。
a. 超声电机
超声电机是目前在各种不同类型的MRI兼容性机械装置系统中应用时间最长，使用最广泛的精密驱动元器件。该电机实际上是超声频域内的振动电机，其类型繁多、结构各异。但不管其类型是行波式或驻波式、旋转型或直线型，都是依靠压电陶瓷材料的逆压电效应来激发起定子在超声域内的微米级共振，再通过定子/转子或定子/动子(或动子/定子)之间的摩擦作用，将其微米级振动转化为转子或动子的宏观转动或直线运动。超声电机虽解决了电磁式电机在高场强磁场中存在的问题，但该电机依然需要导电线路以传导电能，这些导电线路可以产生电磁场并对主磁场造成干扰。此外，一些超声电机使用高电压，带来了安全问题。但该电机因其应用面广、制造商多、类型和品种多，选择余地较大，依旧有其优越性。超声电机的典型应用，表现在以色列Insightec公司开发的MRI引导高能聚焦超声肿瘤治疗装置中。在该装置中，由多个超声电机来驱动聚焦换能器的位置运动机构，实现其位置调整。
b. 精密液压作动器和精密液压马达
精密液压作动器和精密液压马达都是电液伺服控制系统中的执行元件，前者通过闭环反馈控制，可以使活塞杆(或缸筒)实现精密直线运动，并对所联结的负载施加推、拉等作用力，实现对负载的速度、运动方向、位移、力的控制。后者通过闭环反馈控制，使马达轴实现精密转动，输出扭矩，实现对所联结的负载的转动速度、转动方向、转动角度、转矩的控制。
精密电液伺服作动器位于磁体腔内的部分主要包括缸筒与活塞、部分液压管路、密封圈、管接头、位移检测装置，这些零部件由满足MRI兼容性的材料制成。精密液压马达目前主要包括谐波液压马达、放射状波液压马达和切线波液压马达三种类型。但不论精密液压马达的结构构成如何，它们位于磁体腔内的零部件和转动检测装置皆由满足MRI兼容性要求的材料制成。
无论是精密液压作动器，还是精密液压马达，除上述位于磁体腔内的零部件之外，与它们配套使用的整个电液伺服控制系统可以整体放置在磁体扫描间外。通过较长的塑料液压管路将位于磁体腔内的零部件与电液伺服控制系统连接起来。
精密液压作动器和精密液压马达在手术器械的驱动上有其优势。首先，我们可以采用蒸馏水或者生理盐水作为临床应用的驱动介质。由于液压回路是密闭的，因而不会产生泄漏，不会产生污染。即使产生泄漏，也不会造成太坏的影响；其次，液压回路中的驱动流体采用脉动方式，压力较小。即使回路失效了，液压马达也不会自由转动，活塞杆(或缸筒)也不会自由运动，从而保证了运动控制的安全性；第三，它们输出的力或扭矩较大，可以满足驱动较重负载的要求。最后，与它们配套使用的电液伺服控制系统是比较成熟的技术，适用于远距离控制。具有响应速度快、负载刚度大、控制功率大等独特的优点。
精密液压作动器和精密液压马达及与它们配套使用的电液伺服控制系统虽有优点，但也具有相当大的缺点，有些还是其固有的缺点。例如电液伺服控制系统的非线性问题相当严重，在运行过程中，存在着超调、振荡和死区等现象，较难达到良好的控制效果。此外，精密液压作动器和精密液压马达由于零部件材料性能、加工精度、装配精度等因素的限制，动态特性不稳定，这也在很大程度上降低了整个系统的性能。为改善电液伺服系统的性能，需要采用串联滞后校正、加速度或压力负反馈校正等技术来提高低频增益，降低系统的稳态误差，提高效率。
c. 气动作动器
气动作动器是气动伺服控制系统中的执行元件，它采用经过干燥处理的压缩空气作为驱动介质，其位于磁体腔内的部分主要包括缸筒与活塞、部分管路、密封圈、管接头等，这些零部件由满足MRI兼容性的材料制成。除这些零部件外，与它们配套使用的整个控制系统可以整体放置在磁体扫描间外。通过较长的塑料气压管路将位于磁体腔内的零部件与控制系统连接起来。
气动作动器可驱动与其联结的负载快速运动，实现一些特殊的手术或治疗要求。但其因性能限制，目前的应用面比较窄。
3. MRI兼容机械装置的结构、运动验证和调整
MRI兼容机械装置着整体装配完成后，需要通过加速老化试验等手段，对其结构的强度和刚度，机构运动的精度、可靠性、稳定性等进行测试，并在此基础上进行必要的调整和补偿。必须注意的是，对于某些精密机构，其在实验室内调试出来的精度与其在MRI磁场环境中工作时的精度会有较大的差异，体外测试时的精度和体内测试时的精度也会有较大的差异。而且有些精度差异与温度、湿度等因素也会有关系。因而，在机构设计的起初就必须考虑其可调整性，预留调整的空间，必要时还要考虑设计自动调整控制系统。
六 讨论与展望
目前，机器人技术、新材料技术、信息技术和生物医学技术已成为人们公认的本世纪最重要和最具发展潜力的几类技术，它们不但发展迅速，应用渐趋宽广，而且已成为产业领域新的利润增长点。因为MRI兼容机械装置技术的发展与这几类技术都有着密切的关系。因此，它们的发展势必会有力地促进MRI兼容机械装置技术的发展和进步。
首先，历经40余年的技术积累和长足发展，近年来机器人技术的发展非常快，在功能和技术层次上都有了很大的提高。目前正在发展的第三代机器人正朝着智能化、拟人化的方向发展，将逐步具有认知能力、学习能力、思维能力以及适应环境的能力，将能够可靠、高效地完成更加复杂的动作，实施更加复杂、繁琐和精细的手术和治疗操作。例如心脏和脑部的精细手术。
其次，作为各种高新技术发展的基础和先导，近年来新材料的开发和应用在广度和深度上都取得了不少突破，并潜移默化地改变着我们的生活。新材料具有传统材料所不具备的优异性能和特殊功能，既包括那些新出现的材料，也包括那些由传统材料经过组成、结构、设计和工艺上的改进而发展出的材料。值得注意的是，与MRI兼容机械装置的发展密切相关的一些新材料，包括先进复合材料、先进陶瓷材料、生物医用材料等，正是目前新材料发展的热点。
最后，信息技术和生物医学技术的结合和发展正有力地改变着医疗器械和医院的面貌。近几年，医学影像学中的研究热点颇多，比较典型的就是计算机辅助检测(CAD)技术、介入治疗技术和医用信息技术的发展。这些技术经过临床使用和持续改进，将趋向于融合，并集成为一种新的跨平台、多类别联合、诊疗一体化的技术，将会有力地促进计算机集成手术系统的实现，为人类的卫生保健服务。
综上所述，随着各种相关技术的交叉发展、相互融合，MRI兼容机械装置技术会得到不断的发展和完善，前景宽阔。
（全文完）
来源：《世界医疗器械》
