中国团队联合研发毫米级柔性机器人系统，控制激光实现精准辅助治疗！

生活中，我们常常听到激光这个词。

在科幻电影中，激光可以是一种武器。在现实中，它具有热效应，300mW的普通激光笔可以近距离点燃纸张。工业上使用的强激光可以击穿坚硬的钢板，连世界上最硬的物质——钻石，都可以使用激光来切割打磨。

今天来跟随小编做一名“追光者”，看看激光在外科手术中的秘密！

▍控制激光光束进行辅助治疗

科技的飞速发展不停地引领着医疗外科手术的技术创新，其中激光光束转向技术已被广泛应用于外科手术的自动化。目前，激光手术的器械完全由外科医生操作，这使得腔内手术的自动化水平在初级阶段。

激光辅助手术具有止血效率高，周围组织损伤小，恢复周期短等的优点，因此受到广泛关注。然而，使用激光作为手术工具在高功率激光能量的传输和激光束的精准操控方面面临着挑战性的问题。

近日，来自香港心脑血管健康工程中心的研发团队联合合肥工业大学管理学院、香港大学机械工程系和中国科学技术大学自动化系，研发了一款柔性机器人系统用来精准控制激光束，实现了任务级别的自动化激光辅助治疗。在减少外科医生的负担的同时，能实现精确的激光手术操作。

该项研究以论文（Task Autonomy of a Flexible Endoscopic System for Laser-Assisted Surgery）为题发表于中国科技期刊卓越行动计划高起点新刊Cyborg and Bionic Systems 上。

论文地址：https://doi.org/10.34133/2022/9759504

▍12毫米级的柔性机器人系统

在目前的机器人辅助激光手术中，以压电驱动为主，这就需要使用较高电压，从而造成了一定的手术风险。

肌腱驱动的柔性机械手为激光光束的转向提供了一种不同的解决方案。然而，将柔性机械手集成到现有的内窥镜系统中，同时控制柔性机械手准确地引导激光束是一项挑战。这是因为内镜系统的形状变化会影响机械手的系统状态。同时，由于内窥镜的形状是未知的，因此很难对这种影响进行补偿。

针对这项难题，研发团队开发了一个毫米级的柔性机器人系统，该系统内部包含一个肌腱驱动的直径为2毫米的柔性机械手用于控制激光束。

整个手术的过程如图，首先，外科医生使用控制台控制内窥镜搜索手术部位并确定激光消融路径。然后根据外科医生确定的路径，柔性机械手可以通过控制算法操纵激光光斑，使其遵循既定轨迹，从而实现组织自动化的消融。

激光辅助内窥镜手术任务自主工作流程

通过控制机械手对目标点进行跟踪

该项研究为受限环境下激光辅助内窥镜手术提供了一种有效的解决方案。在未来的工作中，研发团队还将针对特定的手术需求改进该系统，并通过体外和体内组织消融评估来评估其在实际手术中的适用性。

引用信息：Hangjie Mo, Xiaojian Li, Bo Ouyang, Ge Fang, Yuanjun Jia, "Task Autonomy of a Flexible Endoscopic System for Laser-Assisted Surgery", Cyborg and Bionic Systems, vol. 2022, Article ID 9759504, 11 pages, 2022. https://doi.org/10.34133/2022/9759504

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排版 | 麦子

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