面向眼內(nèi)手術(shù)的自主機(jī)器人系統(tǒng)研發(fā)成功

 

　　視覺是人類感知世界、獲取外部信息最主要的渠道，然而據(jù)世界衛(wèi)生組織統(tǒng)計(jì)，全球已有超22億人視力受損或失明。由于眼睛軟組織結(jié)構(gòu)精細(xì)、操作空間狹小，醫(yī)生在眼內(nèi)手術(shù)中的手動(dòng)操作面臨著巨大挑戰(zhàn)。自主機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)在眼科手術(shù)中的應(yīng)用能夠通過更加智能、精準(zhǔn)的操作控制提升手術(shù)安全性，縮短外科醫(yī)生學(xué)習(xí)曲線，為多種眼科疾病的治療提供新的可能，惠及更多患者。
 

　　研究團(tuán)隊(duì)研發(fā)的自主顯微眼科手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)，創(chuàng)新性地構(gòu)建了從術(shù)中三維空間感知、跨尺度精確定位到軌跡精準(zhǔn)控制的核心算法模塊：在三維空間感知方面，提出了一種多視角空間融合方法，有效克服多模態(tài)眼內(nèi)成像中的成像異質(zhì)性和動(dòng)態(tài)空間失準(zhǔn)問題，構(gòu)建了術(shù)中動(dòng)態(tài)更新的全局三維地圖，實(shí)現(xiàn)了對(duì)眼內(nèi)區(qū)域的全面感知；在精確定位方面，提出了一種基于準(zhǔn)則加權(quán)的多傳感器數(shù)據(jù)融合方法，解決了檢測(cè)范圍、誤差幅度和采樣頻率的差異，使機(jī)器人手術(shù)器械尖端在眼內(nèi)區(qū)域?qū)崿F(xiàn)精確的宏觀-微觀定位；在軌跡控制方面，提出多約束目標(biāo)優(yōu)化方法，對(duì)機(jī)器人末端執(zhí)行器的軌跡進(jìn)行精確規(guī)劃，并結(jié)合人監(jiān)督下的力-位置-影像混合控制確保了手術(shù)的安全性。
 

圖1 顯微眼科機(jī)器人進(jìn)行自主視網(wǎng)膜手術(shù)示意
 

　　在眼球假體、離體豬眼球及活體動(dòng)物眼球的視網(wǎng)膜下注射與血管注射實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證中，該系統(tǒng)均實(shí)現(xiàn)了100%的注射成功率。與醫(yī)生手動(dòng)手術(shù)及醫(yī)生主從操作機(jī)器人手術(shù)相比較，平均定位誤差分別減少了79.87%和54.61%，表現(xiàn)出更高的安全性和精準(zhǔn)性。
 

　　該研究成果為眼內(nèi)手術(shù)的自主化開辟了全新的技術(shù)路徑，不僅驗(yàn)證了自主機(jī)器人在顯微手術(shù)中應(yīng)用的可行性，更有望推動(dòng)眼科手術(shù)治療的智能化、精準(zhǔn)化升級(jí)，尤其在遠(yuǎn)程醫(yī)療和極端環(huán)境等復(fù)雜場(chǎng)景中展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用潛力。
 

　　中國科學(xué)院自動(dòng)化研究所研究員邊桂彬?yàn)楸疚奈ㄒ煌ㄓ嵶髡撸┦可囇盼臑楣餐谝蛔髡摺Ｑ芯抗ぷ鞯玫絿易匀豢茖W(xué)基金、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、北京市自然科學(xué)基金和中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)優(yōu)秀會(huì)員等基金支持。