神经介入技术紧随冠脉介入 第五代手术机器人还有多远?

人脑构造的精细和复杂是神经介入手术的最大挑战。长期以来,科学界、工程界和医学界一直在探索如何使用人工智能技术对神经介入手术进行更精准、安全的操作,相关领域的手术机器人也应运而生。   在9月2日世界人工智能大会(WAIC)上,由天桥脑科学研究院(TCCI)转化中心联合中国科学院上海微系统与信息技术研究所、脑虎科技共同举办的“脑·机智能融合-让大脑连接未来”论坛上,英国皇家工程院院士、上海交通大学生物医学工程学院院长杨广中展望了手术机器人在神经介入领域的应用。   医疗机器人发展方向:微型化和精准化   杨广中表示,受益于过去10年间工程技术和影像技术的发展,加之资本和临床的推动,手术机器人的开发和应用有了飞速的发展,并在神经介入机器人领域诞生了一批拥有先进技术的企业。   “目前医疗机器人仍面临着微型化、精准性能、狭小空间灵巧结构设计、良好生物相容性材料发掘、多模态智能感知和人-机协同智能系统的开发等挑战,解决这些挑战有望使微型机器人拥有更好的适应性、可靠性和安全性。”杨广中表示。   截至目前,手术机器人已经历了四次迭代。第一代手术机器人是改造的工业臂,只能做定位、切割等操作;第二代手术机器人是以达芬奇、宙斯系统为代表的外科手术机器人,主要解决临床微创手术视觉方面的痛点;第三代手术机器人是专科手术机器人,如泌尿外科;第四代手术机器人是以达芬奇SP单孔手术机器人为代表的系统,这代手术机器人把术前、术中的影像融合以及荧光成像等一系列功能结合起来,能够在术中实现更为精准的操作。   目前,杨广中正在带领团队研发第五代手术机器人。“这将是一种更微型化、体积更小、操作更精准,能够实现更早期介入的手术机器人,并可以对不同疾病患者进行监测。”杨广中表示。   要实现精准操作,杨广中认为有两个挑战,一是“微传感”、二是“微操作”。他认为,相比血管介入手术机器人,神经介入手术中,医生的手感需要更长时间才能体会感知,如果手术机器人掌握了这样的传感与感知能力,就能从简单的机械转变为真正的智能机器人。   “手术机器人企业还需要思考怎样利用手术机器人达到传统手术达不到的功能,如放大医生触觉、提供穿透性视觉等。”杨广中表示。   他还强调,新一代手术机器人成功的关键在于材料。新材料需要满足自主驱动、传感和一定的计算功能,例如使用多功能合一的材料制造而成的智能导丝;以及能够直接看清细胞的结合生物光子学技术的新材料等,这样就能超越人的功能。   从手术机器人到“脑机接口”   此前,冠脉手术机器人已经取得了突破。去年3月,中国科学院院士、复旦大学附属中山医院心内科主任葛均波教授团队在西门子医疗Corindus途灵机器人的辅助下,完成了中国首例机器人辅助冠状动脉介入治疗(PCI)手术,开创了中国在这一领域的先河。   业内人士认为,过去很长一段时间内,神经介入技术的发展之所以慢于冠脉介入,一是由于之前的影像还看不清神经血管疾病;二是由于神经介入风险更高,医生学习曲线更长。但随着医疗影像等技术的发展,插上AI翅膀后,神经介入领域也在加速发展。   在杨广中看来,受益于多模态脑影像技术、实时磁共振脑组织介入实时成像、全脑高分辨PET-MRSI同步代谢成像等技术的发展,将使得可用于神经介入的第五代手术机器人的研发成为可能。   杨广中还表示,随着植入式机器人的发展,微型芯片植入大脑也成为可能。这也就是人们经常听到的“脑机接口”技术。   中科院上海微系统与信息技术研究所副所长陶虎教授表示:“脑机接口不仅是重大前沿脑科学研究的关键工具,也是重大脑疾病诊治中具有颠覆性及无限想象空间的手段,更是迈入元宇宙的重要切入口。”   陶虎表示,与传统领域不同,现阶段国内外在脑机接口领域的技术发展差距实际上并不明显,不论是电极、芯片、植入、算法还是封装集成等领域,国内技术发展处于国际先进水平。他相信,在经过系统性优化后,国内各项脑机接口技术有望走到世界前列。

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