重要進(jìn)展！哈工大團(tuán)隊(duì)研制內(nèi)耳微創(chuàng)機(jī)器人登Nature子刊

內(nèi)耳疾病如突發(fā)性耳聾、梅尼埃病等高發(fā)且嚴(yán)重影響患者生活質(zhì)量，但其精準(zhǔn)診療長(zhǎng)期受限于顳骨內(nèi)的極端解剖約束——耳道狹窄曲折、圓窗膜結(jié)構(gòu)脆弱，器械需同時(shí)滿足微型化、高靈巧性、多感知功能，三者的平衡成為臨床醫(yī)學(xué)亟待突破的核心難題，相關(guān)精準(zhǔn)干預(yù)長(zhǎng)期面臨較高技術(shù)門檻。

# 經(jīng)耳道自然腔道路徑的內(nèi)耳機(jī)器人研究取得新進(jìn)展

近日，在國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃支持下，在哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)器人技術(shù)與系統(tǒng)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室趙杰教授指導(dǎo)下，項(xiàng)目負(fù)責(zé)人張赫教授帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)原創(chuàng)性提出經(jīng)耳道自然腔道入路的內(nèi)耳機(jī)器人微創(chuàng)手術(shù)新術(shù)式，研制的內(nèi)耳手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)（DS-MDCR）在實(shí)驗(yàn)環(huán)境中實(shí)現(xiàn)了內(nèi)耳藥物精準(zhǔn)注射和淋巴液微創(chuàng)采樣的功能驗(yàn)證。文獻(xiàn)資料顯示，該成果突破了狹小、深部、曲折解剖空間下手術(shù)機(jī)器人靈巧操作、智能感知與精準(zhǔn)控制等關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，首次為內(nèi)耳疾病建立了“經(jīng)自然腔道、微創(chuàng)精準(zhǔn)干預(yù)”的全新技術(shù)路徑。

與傳統(tǒng)內(nèi)耳手術(shù)入路相比，這一源頭創(chuàng)新成果依托耳道這一人體自然腔道完成手術(shù)入路，在實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭姓宫F(xiàn)出減少組織損傷的潛力，相關(guān)結(jié)果顯示，該創(chuàng)新成果在降低組織損傷方面具有研究潛力，未來(lái)仍需進(jìn)一步驗(yàn)證其臨床應(yīng)用價(jià)值。該技術(shù)可進(jìn)一步結(jié)合基因治療手段，為相關(guān)兒童內(nèi)耳疾病的早期干預(yù)研究提供新的技術(shù)參考，有望開辟?gòu)脑缭\斷、早干預(yù)到術(shù)后無(wú)創(chuàng)治療的新路徑。相關(guān)研究成果以《Interaction-aware dexterous robot for minimally invasive transcanal inner ear interventions》為題發(fā)表于《自然·通訊》（Nature Communications）。

哈工大機(jī)器人技術(shù)與系統(tǒng)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室為論文第一通訊單位。哈工大機(jī)電工程學(xué)院張赫教授、北京航空航天大學(xué)張?zhí)煅┲斫淌凇⑸虾＝煌ù髮W(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第九人民醫(yī)院賈歡主任為論文共同通訊作者。哈工大博士研究生李海銘、高培源和上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第九人民醫(yī)院主治醫(yī)師譚皓月為論文共同第一作者。哈爾濱工業(yè)大學(xué)、上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第九人民醫(yī)院、北京航空航天大學(xué)、中山大學(xué)深圳校區(qū)、山東大學(xué)等單位學(xué)者參與本項(xiàng)研究工作。

# 核心難題：狹窄耳道引入的三重設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)

內(nèi)耳深藏于顳骨內(nèi)部，從外耳道到圓窗膜的通路橫向僅2-5mm，不僅狹窄，還存在多平面彎曲和密集骨性約束，且圓窗膜的穿刺角度、深度稍有偏差，就可能造成不可逆的聽力損失。

傳統(tǒng)連續(xù)體機(jī)器人雖已應(yīng)用于部分微創(chuàng)外科領(lǐng)域，但適配內(nèi)耳診療時(shí)短板顯著：要么自由度不足、彎曲性能差，無(wú)法完成復(fù)雜解剖結(jié)構(gòu)的導(dǎo)航；要么難以集成內(nèi)鏡可視化、組織交互感知等關(guān)鍵功能，微型化、靈巧性、感知功能的三重約束，是內(nèi)耳微創(chuàng)診療技術(shù)發(fā)展中長(zhǎng)期面臨的關(guān)鍵難點(diǎn)之一。

DS-MDCR（Dual-Segment Miniature Dexterous Continuum Robot）的整體系統(tǒng)配置

# 創(chuàng)新設(shè)計(jì)：雙段連續(xù)體機(jī)器人的硬核突破

團(tuán)隊(duì)研發(fā)了低長(zhǎng)徑比雙段微型靈巧連續(xù)體機(jī)器人（DS-MDCR），將導(dǎo)管、內(nèi)鏡、操作器械功能高度集成于一體，在直徑僅2mm、長(zhǎng)度不足7mm的超緊湊結(jié)構(gòu)中，實(shí)現(xiàn)6個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)能力，成為突破內(nèi)耳解剖約束的核心載體，文中披露了多項(xiàng)運(yùn)動(dòng)與控制性能指標(biāo)：

1.超優(yōu)彎曲性能：采用鞍形關(guān)節(jié)串聯(lián)的無(wú)過渡骨架，由拮抗線纜驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)±136°最大平面彎曲角、1.9mm最小彎曲半徑，可適應(yīng)耳道曲折路徑需求；

2.雙段解耦運(yùn)動(dòng)：近端與遠(yuǎn)端段運(yùn)動(dòng)完全解耦，且節(jié)段間串?dāng)_誤差幾乎可忽略不計(jì)。可實(shí)現(xiàn)空間 4 自由度彎曲，形成可編程C/S形三維構(gòu)型。

3.精準(zhǔn)誤差補(bǔ)償：研發(fā)專屬混合補(bǔ)償策略，解決線纜變形、摩擦帶來(lái)的非線性遲滯問題，將彎曲角最大跟蹤誤差降至0.82°；同時(shí)支持剛度可調(diào)，在50倍自重載荷下，遠(yuǎn)端尖端撓度僅0.18mm，有助于提升操作過程中的位置穩(wěn)定性。

DS-MDCR的設(shè)計(jì)與性能表征

# 關(guān)鍵配套：微針感知技術(shù)，提升微尺度操作精度

機(jī)器人的核心執(zhí)行單元——集成光纖布拉格光柵（FBG）傳感器的微針系統(tǒng)，更是提升了微尺度操作精度，并增強(qiáng)術(shù)中交互感知能力：

• 高精度穿刺：采用階梯變徑金屬微針，搭配精密線性進(jìn)給驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，精準(zhǔn)控制穿刺深度，以降低耳蝸損傷風(fēng)險(xiǎn)；

• 實(shí)時(shí)交互感知：微針集成的FBG傳感器，實(shí)現(xiàn)分辨率約1mN的軸向力實(shí)時(shí)檢測(cè)，可清晰區(qū)分膜接觸、變形、穿孔等手術(shù)階段，甚至能識(shí)別微針與圓窗龕、骨性結(jié)構(gòu)的接觸，對(duì)視覺信息形成補(bǔ)充；

• 高效流體操作：梯度管腔結(jié)構(gòu)讓流體輸送效率提升14倍，可穩(wěn)定完成不同粘度液體的注射與抽吸，兼顧微取樣與靶向給藥雙重臨床需求。

具備交互狀態(tài)感知的獨(dú)立自由度穿刺微針系統(tǒng)

# 層層驗(yàn)證：從尸體標(biāo)本到在體動(dòng)物的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

人體頭部標(biāo)本內(nèi)耳微創(chuàng)穿刺

為評(píng)估系統(tǒng)的操作性能與安全性，團(tuán)隊(duì)開展了多維度實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步開展了多項(xiàng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：

1.人體尸體標(biāo)本實(shí)驗(yàn)：在4例人頭標(biāo)本中，機(jī)器人經(jīng)耳道＜3mm的鼓膜小切口，成功完成S形路徑導(dǎo)航和圓窗膜精準(zhǔn)穿刺，全程未接觸聽小骨等關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，線纜張力感知可清晰識(shí)別組織接觸等關(guān)鍵手術(shù)事件，驗(yàn)證了器械的靈巧性和操作安全性；

2.犬類在體實(shí)驗(yàn)：在5只實(shí)驗(yàn)犬中完成經(jīng)耳道內(nèi)耳穿刺、外淋巴取樣和耳蝸內(nèi)藥物注射，術(shù)后動(dòng)物運(yùn)動(dòng)、平衡功能未見明顯異常；聽力閾值變化為1±4.2dB；術(shù)后1天圓窗膜穿刺點(diǎn)愈合，7天鼓膜切口自愈合；活體犬類動(dòng)物實(shí)驗(yàn)30天隨訪結(jié)束后，形態(tài)學(xué)分析結(jié)果顯示耳蝸基底膜完整，未見明顯局部炎癥反應(yīng)。

犬模型體內(nèi)實(shí)驗(yàn)：經(jīng)耳道低損傷機(jī)器人采樣與注射技術(shù)（TARGET）

值得一提的是，論文將該成果描述為通過自然腔道開展機(jī)器人內(nèi)耳取樣與注射的重要探索。該成果為內(nèi)耳微創(chuàng)機(jī)器人技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展提供了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

# 潛在應(yīng)用方向：為內(nèi)耳精準(zhǔn)干預(yù)提供新工具思路

這套由國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃支持研發(fā)的內(nèi)耳微創(chuàng)機(jī)器人系統(tǒng)，為內(nèi)耳微創(chuàng)干預(yù)技術(shù)的后續(xù)轉(zhuǎn)化研究提供了新的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)：

• 微創(chuàng)路徑：經(jīng)耳道自然腔道操作，避免傳統(tǒng)手術(shù)的磨骨損傷，鼓膜小切口可自主愈合，在實(shí)驗(yàn)研究中顯示出降低組織損傷風(fēng)險(xiǎn)的潛力；

• 操作友好：直覺式遙操作設(shè)計(jì)有助于降低操作學(xué)習(xí)曲線；系統(tǒng)采用集成化設(shè)計(jì)，目標(biāo)是為未來(lái)臨床應(yīng)用場(chǎng)景提供便利；

• 遠(yuǎn)程潛力：遙操作架構(gòu)的設(shè)計(jì)為未來(lái)遠(yuǎn)程手術(shù)指導(dǎo)與操作提供了技術(shù)可能性；

• 應(yīng)用拓展：研究團(tuán)隊(duì)展望，該技術(shù)未來(lái)或可應(yīng)用于內(nèi)耳疾病的早期分子診斷、靶向藥物遞送，以及為內(nèi)耳基因治療、人工耳蝸植入等提供操作平臺(tái)，為內(nèi)耳疾病精準(zhǔn)診療工具的后續(xù)研究提供了新的方向。

# 未來(lái)展望：持續(xù)優(yōu)化，加速臨床轉(zhuǎn)化

目前，團(tuán)隊(duì)已圍繞系統(tǒng)的進(jìn)一步優(yōu)化和臨床轉(zhuǎn)化制定明確方向：未來(lái)將通過替換FBG傳感線纜實(shí)現(xiàn)無(wú)尺寸增加的力/形狀感知、融合術(shù)前CT與內(nèi)鏡圖像構(gòu)建增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)導(dǎo)航界面、引入AI驅(qū)動(dòng)的半自主/自主操作功能，進(jìn)一步提升系統(tǒng)的精準(zhǔn)性和智能化水平；同時(shí)通過注塑量產(chǎn)、采用經(jīng)濟(jì)型執(zhí)行器等方式降低成本，推進(jìn)該系統(tǒng)的臨床轉(zhuǎn)化研究。

此次研究成果是機(jī)械工程、機(jī)器人學(xué)與耳鼻咽喉頭頸外科跨學(xué)科、跨單位協(xié)同創(chuàng)新的典范，也是醫(yī)療機(jī)器人領(lǐng)域跨學(xué)科協(xié)同研究的代表性成果之一。

致謝：本項(xiàng)目同時(shí)得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、黑龍江省自然科學(xué)基金杰出青年項(xiàng)目、黑龍江省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目、北京航空航天大學(xué)“雙一流”專項(xiàng)基金、上海市耳鼻疾病轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第九人民醫(yī)院交叉學(xué)科研究項(xiàng)目資助。

附論文鏈接，供各位讀者參考（復(fù)制如下鏈接到瀏覽器）：
https://www.nature.com/articles/s41467-026-72398-5