在眼科微创治疗不断推进的背景下,眼内注射等操作对“稳、准、细”的要求持续抬升。
视网膜下与血管内注射被广泛用于多类眼底疾病的治疗与研究,但其操作对象多为柔软组织,且结构精细、空间狭小,稍有偏差就可能引发出血、组织损伤等风险。
如何在保证安全的前提下,把注射点位、进针深度与路径控制在更高的一致性范围内,是临床与工程技术长期共同面对的难题。
问题的核心在于:人手在显微条件下存在生理颤动与疲劳累积,长时间精细操作易出现微小误差;同时,术中成像存在视角差异、模态差异与组织形变等不确定因素,导致“看得清”和“定得准”之间仍有距离。
尤其在眼内环境中,器械尖端运动尺度极小,任何定位偏差都会被放大为临床风险。
这些因素叠加,使得传统纯手动操作在精度稳定性与可重复性方面面临客观上限。
针对上述挑战,中国科学院自动化研究所多模态系统方向团队研制的自主显微眼科手术机器人系统,尝试以“术中感知—精确定位—轨迹控制”的链条式能力打通关键环节:一是提升术中三维空间感知能力,通过多视角空间融合方法缓解不同成像方式带来的异质性影响,降低动态环境下的空间失准,构建可动态更新的全局三维地图,实现对眼内区域更完整的实时认知;二是强化器械尖端的精确定位能力,采用基于准则加权的多传感器数据融合思路,统筹不同传感器在检测范围、误差幅度和采样频率上的差异,使定位结果更稳定可靠;三是在轨迹控制层面引入多约束目标优化,对末端执行器运动进行更严格的规划与约束,使“到哪里、怎么走、走多快”形成闭环控制,从而在微尺度下兼顾安全边界与操作效率。
系统能力的效果通过多类实验场景得到检验。
在眼球假体、离体猪眼球以及活体动物眼球的视网膜下注射与血管注射实验中,相关操作实现了100%的注射成功率。
与医生手动完成手术以及医生主从方式操作机器人完成手术相比,该系统的平均定位误差分别降低79.87%和54.61%,显示出更高的精准性与稳定性。
这一结果表明,自主化控制并非替代临床决策,而是在最易受人手波动影响的“执行层”提供更一致的技术保障,使医生能够把更多精力投入到术式设计、风险评估与术中监督等关键环节。
从影响看,该成果为眼内手术的自主化打开了新的技术通道。
其意义不仅在于单一注射动作的提质增效,更在于为未来高难度显微操作提供可复制的工程方法:通过多源感知融合与优化控制把不确定性“压缩”到更可控范围,有望降低操作门槛与结果波动,进一步推动眼科治疗向精准化、标准化方向发展。
对医疗体系而言,若相关系统在临床路径、质控评估与培训体系中形成配套,有望在一定程度上缓解高水平显微手术人才紧缺带来的供需矛盾,提升优质服务的可及性。
与此同时,推动此类技术走向更广泛应用仍需系统性对策。
一方面,要在更大样本、更复杂病灶与更真实手术流程中持续验证安全边界,建立可解释、可追溯的风险评估机制;另一方面,要完善医疗器械注册评价、术中应急接管机制与人机协作规范,确保设备在异常情况下能够快速、可靠地回到“可控状态”;此外,还需在数据标准、手术流程兼容性与医院信息系统对接等方面推进规范化建设,为多中心推广奠定基础。
展望未来,随着感知精度、控制算法与硬件执行能力的协同提升,自主显微手术或将从“单任务可行”逐步迈向“多任务协同”的更高阶段。
结合远程医疗需求,在偏远地区医疗支撑、海上作业、极端环境保障等复杂场景中,自主化、智能化的精密操作系统有望发挥更大价值。
但需要明确的是,技术进步的目标不在于削弱临床主体作用,而在于让手术更安全、可控、可复制,让更多患者从稳定、优质的医疗服务中受益。
这项研究成果代表了我国在医疗器械创新和智能制造领域的重要进展。
眼科手术机器人的成功研发,不仅体现了基础研究向临床应用转化的有效路径,更反映了我国科技工作者在解决医学难题上的执着追求。
随着人工智能、机器人等先进技术在医疗领域的深度融合,未来必将有更多的医学难题得到突破,为广大患者带来更加安全、有效的治疗方案。
这也启示我们,坚持自主创新、面向临床需求的科研方向,才能真正实现科技成果造福人类的目标。