“眼睛是心靈的窗戶”，在這個軟組織結(jié)構(gòu)精細(xì)、操作空間狹小的“窗戶”上做手術(shù)，每一次手動操作都面臨巨大挑戰(zhàn)。隨著人工智能技術(shù)的快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，眼科手術(shù)機(jī)器人研發(fā)也成為業(yè)界聚焦和攻關(guān)的重要方向。

中國科學(xué)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(tuán)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(shù)機(jī)器人系統(tǒng)，并已驗證臨床可行性。

本項研究的顯微眼科機(jī)器人及其自主進(jìn)行視網(wǎng)膜手術(shù)示意圖。中國科學(xué)院自動化研究所 供圖

該機(jī)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(shù)設(shè)計和監(jiān)督任務(wù)。相關(guān)成果論文，近日在專業(yè)學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)·機(jī)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(shù)中應(yīng)用自主機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)，能通過更加智能、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(xué)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(tuán)隊通過研發(fā)自主顯微眼科手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)，創(chuàng)新構(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。

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(zhǔn)問題，構(gòu)建術(shù)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(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。

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，確保手術(shù)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(shù)機(jī)器人系統(tǒng)均實現(xiàn)100%的注射成功率，與醫(yī)生手動手術(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79.87%和54.61%，表現(xiàn)出更高的安全性和精準(zhǔn)性。

顯微眼科機(jī)器人研發(fā)團(tuán)隊代表合影。中國科學(xué)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(shù)自主化開辟了全新技術(shù)路徑，不僅驗證了自主機(jī)器人在顯微手術(shù)中應(yīng)用的可行性，更有望推動眼科手術(shù)治療實現(xiàn)智能化、精準(zhǔn)化升級，并在遠(yuǎn)程醫(yī)療和極端環(huán)境等復(fù)雜場景中展現(xiàn)出巨大應(yīng)用潛力。