“眼睛是心靈的窗戶”，在這個軟組織結構精細、操作空間狹小的“窗戶”上做手術，每一次手動操作都面臨巨大挑戰(zhàn)。隨著人工智能技術的快速發(fā)展和廣泛應用，眼科手術機器人研發(fā)也成為業(yè)界聚焦和攻關的重要方向。
中國科學院自動化研究所1月19日向媒體通報，該所多模態(tài)人工智能系統(tǒng)全國重點實驗室邊桂彬研究員團隊最新成功研發(fā)出一款面向眼內(nèi)空間的、自主顯微眼科手術機器人系統(tǒng)，并已驗證臨床可行性。
本項研究的顯微眼科機器人及其自主進行視網(wǎng)膜手術示意圖。中國科學院自動化研究所 供圖
該機器人系統(tǒng)在整個眼內(nèi)空間能實現(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，最大限度減少醫(yī)源性損傷，可輔助外科醫(yī)生更加專注于手術設計和監(jiān)督任務。相關成果論文，近日在專業(yè)學術期刊《科學·機器人》(Science Robotics)發(fā)表。
論文通訊作者邊桂彬研究員指出，視覺是人類感知世界、獲取外部信息最主要的渠道。據(jù)世界衛(wèi)生組織統(tǒng)計，全球已有超22億人視力受損或失明。在眼科手術中應用自主機器人手術系統(tǒng)，能通過更加智能、精準的操作控制提升手術安全性，縮短外科醫(yī)生學習曲線，為多種眼科疾病治療提供新的可能，惠及更多患者。
論文共同第一作者、中國科學院自動化研究所博士生鄧雅文介紹說，在本項研究中，研究團隊通過研發(fā)自主顯微眼科手術機器人系統(tǒng)，創(chuàng)新構建了從術中三維空間感知、跨尺度精確定位到軌跡精準控制的核心算法模塊。
三維空間感知方面，提出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)性和動態(tài)空間失準問題，構建術中動態(tài)更新的全局三維地圖，實現(xiàn)對眼內(nèi)區(qū)域的全面感知。
精確定位方面，提出一種基于準則加權的多傳感器數(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，使機器人手術器械尖端在眼內(nèi)區(qū)域?qū)崿F(xiàn)精確的宏觀-微觀定位。
軌跡控制方面，提出多約束目標優(yōu)化方法，對機器人末端執(zhí)行器的軌跡進行精確規(guī)劃，并結合人監(jiān)督下的力-位置-影像混合控制，確保手術的安全性。
在眼球假體、離體豬眼球及活體動物眼球的視網(wǎng)膜下注射與血管注射實驗驗證中，該自主顯微眼科手術機器人系統(tǒng)均實現(xiàn)100%的注射成功率，與醫(yī)生手動手術及醫(yī)生主從操作機器人手術相比較，平均定位誤差分別減少79.87%和54.61%，表現(xiàn)出更高的安全性和精準性。
顯微眼科機器人研發(fā)團隊代表合影。中國科學院自動化研究所 供圖
邊桂彬表示，這項研究成果為眼內(nèi)手術自主化開辟了全新技術路徑，不僅驗證了自主機器人在顯微手術中應用的可行性，更有望推動眼科手術治療實現(xiàn)智能化、精準化升級，并在遠程醫(yī)療和極端環(huán)境等復雜場景中展現(xiàn)出巨大應用潛力。
