科创中国

行业领域

生物与新医药技术,医疗仪器技术、设备与医学专用软件

需求背景

机器人不仅用于工业领域，在医疗系统也已得到推广应用。虽然手术机器人的问世不过短短10年，但已经取得了重大进展。

实际上，手术机器人是一组器械的组合装置，通常由探头(内窥镜或超声等)、手术器械、微型摄像头和操纵杆等器件组装而成。目前手术机器人主要通过远程操作进行外科手术，即医生坐在电脑显示屏前，通过显示屏和内窥镜仔细观察病人体内的病灶情况，然后通过机器人手中的手术刀将病灶精确切除（或修复）。具体地，如超声引导机械臂微创手术系统，包括有远程操纵杆、手术器械、超声探头、多个机械臂(分别夹持手术器械、超声探头)以及手术导航系统，医生同样通过远程操纵杆来控制机械臂(即控制固连在机械臂末端的手术器械和超声探头)来进行手术，在医生面前的则是实时超声图像，影像中有对应于实际位置的手术器械模型，医生以实时影像提供的信息为依据操纵机械臂进行手术的操作。

其中，手术导航系统是手术机器人的基础，是在手术中提供手术器械与人体手术区域实时空间位置关系的部分。通过手术导航系统，医生可以获取手术区域实时超声影像，因为想要顺利进行手术，就必须要获取手术器械与手术区域的精确空间位置关系。

现有的(光学)手术导航系统最常见的有NDI Polaris光学定位跟踪系统，该系统使用双目红外摄像机配合红外反光标记球使用，实时定位精度可以达到***以内，其在工作前需要进行标定。该系统包括：机械臂、定位传感器、标记点组合及被动刚体。其中，机械臂用于夹持手术器械、超声探头等。定位传感器（Tracker）通过识别球体的几何构型来进行特定被动刚体的追踪。定位标志点(Marker)为固定在与追踪设备上的工具。被动刚体用于固定在手术机械臂的末端关节臂上，每个被动刚体有四个球位于同一平面以不同的形态进行固连。该手术导航系统的使用方式为：首先、机械臂处于初始状态(机械臂末端肢节分别固连上被动刚体)，将定位传感器安置在三角支架上，将三角支架放置在合适的位置后不能再移动，以其为世界坐标系；然后、开启定位传感器，获取机械臂初始位置(在世界坐标系下的绝对位置)；其后、开始实际操作，根据超声探头获取人体在世界坐标系中的位姿，以及手术器械在世界坐标系中的位姿，为医生提供实时的导航信息(计算机根据此空间位置信息，以三维形式生成人体超声画面和手术器械模型，并呈现给医生)。

由于医生需要时刻知道超声探头和手术器械的位置才能进行手术，因此手术中导航系统必须时刻提供探头与器械的空间位置(在同一坐标系内的绝对位置)，在NDI Polaris光学定位跟踪系统中使用的是以放置不动的定位传感器作为世界坐标系，对探头与器械进行空间定位。

需解决的主要技术难题

通过对现有医疗机器人以及外科手术导航系统整合；实现人体医学图像三维重建；应用现有较为成熟的AI医学影像技术、机器人运动学习技术、微型医疗传感器形成完整的医疗机器人以及外科手术导航系统。

期望实现的主要技术目标

1、人体医学图像如核磁、CT、X线等图像三维重建，图像分割处理、影像分析等；

2、AI医学影像；

3、机器人运动学习；

4、机械结构设计；

5、微型医疗传感器。

需求解析

解析单位：“科创中国”科技创新全链条服务生态系统专业科技服务团（北京八月瓜科技有限公司） 解析时间：2023-08-29

王菲

中国医疗器械行业协会医疗器械产业技术创新联盟办公室

主任

综合评价

医疗辅助机器人系统是当前医疗器械领域的前沿热点之一，国内外的研究资金投入非常高，也有少量产品获准上市，其中，手术导航技术是医疗机器人系统的核心之一。本项目通过对现有医疗辅助机器人装备升级改造，重建三维影像导航功能，并结合人工智能的学习，形成适用性更强的外科手术导航系统，实现对现有医疗辅助机器人系统的完善提高。此项研究总体技术路线可行，方案合理。但是，风险仍然存在。建议项目方：1、紧密联系临床应用的实际需求，针对性地制定更加明确的技术目标和研究方案，避免目标过大和分散。2、提前了解手术导航注册评审的技术风险，制定更切实可行的产品开发规划。3、充分发挥自己技术优势的同时，进一步开展强强联合的技术合作，壮大研究团队的技术实力。

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