中科院自动化所研发成功面向眼内手术的自主机器人系统

中国科学院自动化研究所多模态人工智能系统全国重点实验室边桂彬研究员课题组成功研发一款自主显微眼科手术机器人系统，并验证了临床可行性。该系统在整个眼内空间可实现自主的视网膜下和血管内注射，可显著提高眼底注射的精确性、安全性和一致性，最大限度地减少医源性损伤，可辅助外科医生更加专注于手术设计和监督任务。相关成果近日发表于《科学•机器人》（Science Robotics）。

视觉是人类感知世界、获取外部信息最主要的渠道，然而据世界卫生组织统计，全球已有超22亿人视力受损或失明。由于眼睛软组织结构精细、操作空间狭小，医生在眼内手术中的手动操作面临着巨大挑战。自主机器人手术系统在眼科手术中的应用能够通过更加智能、精准的操作控制提升手术安全性，缩短外科医生学习曲线，为多种眼科疾病的治疗提供新的可能，惠及更多患者。

研究团队研发的自主显微眼科手术机器人系统，创新性地构建了从术中三维空间感知、跨尺度精确定位到轨迹精准控制的核心算法模块：在三维空间感知方面，提出了一种多视角空间融合方法，有效克服多模态眼内成像中的成像异质性和动态空间失准问题，构建了术中动态更新的全局三维地图，实现了对眼内区域的全面感知；在精确定位方面，提出了一种基于准则加权的多传感器数据融合方法，解决了检测范围、误差幅度和采样频率的差异，使机器人手术器械尖端在眼内区域实现精确的宏观-微观定位；在轨迹控制方面，提出多约束目标优化方法，对机器人末端执行器的轨迹进行精确规划，并结合人监督下的力-位置-影像混合控制确保了手术的安全性。

在眼球假体、离体猪眼球及活体动物眼球的视网膜下注射与血管注射实验验证中，该系统均实现了100%的注射成功率。与医生手动手术及医生主从操作机器人手术相比较，平均定位误差分别减少了79.87%和54.61%，表现出更高的安全性和精准性。

该研究成果为眼内手术的自主化开辟了全新的技术路径，不仅验证了自主机器人在显微手术中应用的可行性，更有望推动眼科手术治疗的智能化、精准化升级，尤其在远程医疗和极端环境等复杂场景中展现出广阔的应用潜力。

中国科学院自动化研究所研究员边桂彬为本文唯一通讯作者，博士生邓雅文为共同第一作者。研究工作得到国家自然科学基金、国家重点研发计划、北京市自然科学基金和中国科学院青年创新促进会优秀会员等基金支持。

论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/scirobotics.adx7359