中國科學院自動化研究所多模態(tài)人工智能系統(tǒng)全國重點實驗室邊桂彬研究員課題組研發(fā)出一款自主顯微眼科手術機器人系統(tǒng)，并驗證了臨床可行性。該系統(tǒng)在整個眼內空間可實現(xiàn)自主的視網(wǎng)膜下和血管內注射，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)生更加專注于手術設計和監(jiān)督任務。相關成果近日發(fā)表于《科學?機器人》。

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，由于眼睛軟組織結構精細、操作空間狹小，醫(yī)生在眼內手術中的手動操作面臨著巨大挑戰(zhàn)。自主機器人手術系統(tǒng)在眼科手術中的應用能夠通過更加智能、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，為多種眼科疾病的治療提供新的可能，惠及更多患者。團隊研發(fā)的自主顯微眼科手術機器人系統(tǒng)，創(chuàng)新性地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。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)眼內成像中的成像異質性和動態(tài)空間失準問題，構建了術中動態(tài)更新的全局三維地圖，實現(xiàn)了對眼內區(qū)域的全面感知； 在精確定位方面，提出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區(qū)域實現(xiàn)精確的宏觀-微觀定位；在軌跡控制方面，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-影像混合控制確保了手術的安全性。

顯微眼科機器人進行自主視網(wǎng)膜手術示意

據(jù)悉，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，該系統(tǒng)均實現(xiàn)了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了79.87%和54.61%，表現(xiàn)出更高的安全性和精準性。該研究成果為眼內手術的自主化開辟了全新的技術路徑，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的智能化、精準化升級，尤其在遠程醫(yī)療和極端環(huán)境等復雜場景中展現(xiàn)出廣闊的應用潛力。

中國科學院自動化研究所研究員邊桂彬為本文唯一通訊作者，博士生鄧雅文為共同第一作者。

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