突破“世界地图困境”：亚毫米医疗机器人的局部感知技术革新

本文针对亚毫米级医疗机器人依赖外部成像（如DSA/CTA）导致的“世界地图问题”，提出亟需发展局部感知技术以提升手术精准度。作者系统分析了现有X射线、MRI等外部成像和FBG、OCT等腔内传感技术的局限性，指出融合多模态感知与机器学习是实现自主手术的关键。该研究为微型医疗机器人迈向“具身智能”提供了理论框架，发表于《Device》期刊。

　　

在医疗机器人领域，亚毫米级设备因其微创特性在心血管、脑血管等狭窄腔道手术中展现出巨大潜力。然而，这些“微型探险家”面临一个根本性挑战：它们如同蒙眼穿越迷宫，仅能依靠外部医学影像提供的模糊“世界地图”导航。这种依赖X射线、CT等二维成像的范式，被同济大学张泉、汤一超团队称为“世界地图问题”——它无法实时捕捉血管蠕动、组织形变等关键局部信息，导致手术风险陡增。

为解决这一难题，同济大学联合复旦大学附属中山医院等机构在《Device》发表前瞻性研究。团队指出，现有技术如数字减影血管造影(DSA)虽能实时定位导管，但存在电离辐射；磁共振成像(MRI)虽无辐射却受金属兼容性限制。更关键的是，这些技术均属于“上帝视角”，无法获取器械-组织界面的力学、形态学数据。相比之下，纤维布拉格光栅(FBG)能实现三维形状重建，光学相干断层扫描(OCT)可提供微米级分辨率，但如何将其集成到亚毫米机器人中仍是挑战。

研究通过多学科交叉分析提出技术路径：

1. 外部成像优化：采用深度学习增强CTA三维重建质量，提升“世界地图”精度
2. 局部感知创新：开发微型化OCT探头与FBG传感器，实现血管壁形态与接触力同步监测
3. 仿自动驾驶框架：结合GPS式全局定位与LiDAR式局部感知，建立多层次环境模型

关键发现包括：
• 现有技术瓶颈：电磁定位(EM)易受铁磁材料干扰，近端力传感难以解耦摩擦阻力
• 突破性方案：磁控微机器人集群结合激光散斑成像(LSCI)，实现无辐射靶向递送
• 临床转化案例：血管内超声(IVUS)机器人已能自主扫描弯曲血管，分辨率达150微米

研究结论强调，单纯依赖数据驱动的“世界地图”增强无法解决根本问题。未来需重点发展：

1. 异质材料集成工艺，解决传感器微型化与机械柔性的矛盾
2. 具身智能算法，实现局部信号与全局解剖的实时融合解析
3. 新型机器人构型，如可变形磁控微机器人的环境自适应设计

该研究为亚毫米医疗机器人从“盲操作”迈向自主手术指明了技术演进路线。正如作者所述：“没有界面级感知的突破，机器人外科的终极愿景将永远停留在科幻领域。”这项工作不仅对介入医学具有变革意义，更为微纳尺度具身智能系统的发展提供了普适性框架。