中國科學(xué)院自動(dòng)化研究所多模態(tài)人工智能系統(tǒng)全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室邊桂彬研究員課題組研發(fā)出一款自主顯微眼科手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)，并驗(yàn)證了臨床可行性。該系統(tǒng)在整個(gè)眼內(nèi)空間可實(shí)現(xiàn)自主的視網(wǎng)膜下和血管內(nèi)注射，可顯著提高眼底注射的精確性、安全性和一致性，最大限度地減少醫(yī)源性損傷，可輔助外科醫(yī)生更加專注于手術(shù)設(shè)計(jì)和監(jiān)督任務(wù)。相關(guān)成果近日發(fā)表于《科學(xué)?機(jī)器人》。

據(jù)介紹，視覺是人類感知世界、獲取外部信息最主要的渠道，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。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)了對眼內(nèi)區(qū)域的全面感知； 在精確定位方面，提出基于準(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。

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

據(jù)悉，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，尤其在遠(yuǎn)程醫(yī)療和極端環(huán)境等復(fù)雜場景中展現(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?，博士生鄧雅文為共同第一作者?/span>

顯微眼科機(jī)器人主要研究人員，從左至右依次為：付攀博士生、葉強(qiáng)助理研究員、邊桂彬研究員、翟宇鵬博士生、李楨副研究員、鄧雅文博士生