最难的手术机器人——头戴式眼科机器人技术得到突破

智慧医械网消息 近期，犹他大学约翰.A.莫兰眼科中心和约翰与玛西娅.普莱斯工程学院的研究人员合作研发了一种新型的机器人手术设备，眼科手术医生使用的头戴式手术机器人，这也是行业里最难实现的瞳孔作业机器人。

据了解，由于该设备尚未获批用于人体手术，测试这款眼科手术机器人时需要一名志愿者戴上特殊的护目镜，在真眼前方安装一只摘除的猪眼成功地对这款机器人进行了测试。

演示结果显示这款机器人足够小巧，可以通过头盔直接安装在患者的头部，安装就位后患者头部的细微（有时也并不细微）运动都能得到补偿，从机器人的信息提取数据角度来看，眼球就会保持相当的静止状态。

这款头戴式机器人还会将眼科手术医生的动作缩小，眼科手术医生的动作是通过一种名为触觉接口的手持机器人设备来测量的，这样就能适应眼睛内小得多的手术部位，同时也能补偿手部震颤。测试过程中实际操作时运作极其精准，能够做出小至一微米的动作，这个尺度比单个的人体细胞还要小。

测试这款头戴式手术机器人的目的，旨在支持包括为遗传性视网膜疾病进行基因治疗在内的前沿手术，改善患者的治疗效果。

许多眼科领域新兴的治疗方案对眼科手术医生来说实施起来颇具挑战，因为这些操作已接近或超出了人类运动和感知能力的极限。视网膜大约厚300微米，据报道，眼科手术医生手部震颤的峰峰值幅度和均方根幅度分别为108微米和156微米。此外，在手动静态定位过程中观察到了大约250微米的微小抖动。

如目前FDA己经批准了首个用于治疗遗传性视网膜疾病的基因疗法，需要将药物注射到视网膜和另一层被称为视网膜色素上皮的细胞之间的间隙中。在经玻璃体视网膜下注射过程中，眼科手术医生先进行玻璃体切除术，通过睫状体平坦部将注射套管插入眼内，轻轻使套管与视网膜表面接触，然后尝试将预先设定体积的治疗药物注入光感受器与视网膜色素上皮（RPE）之间的视网膜下间隙。

注入的液体使视网膜局部与视网膜色素上皮分离；注入视网膜下液体后分离的视网膜被称为液泡。要正确放置套管以避免视网膜损伤，并实现注射剂量（即注入药物的体积）的可重复性是很有难度的。

视网膜下注射面临眼球运动干扰，即使神经阻滞使眼球麻痹，眼眶自主运动仍存在。清醒镇静状态下，患者呼吸、说话等动作可致头部移动，引发眼眶位移幅度达毫米级（远超手部震颤），医生需实时补偿运动以避免并发症。目前基因治疗多采用全身麻醉，但其风险促使多数视网膜手术仍首选清醒镇静。

注射套管位移（医源性或患者头动）易导致视网膜撕裂、药物回流等问题。药物回流可能引发炎症及剂量偏差，研究显示实际注入量仅达目标值的39.6%。术中深度判断受限于显微镜视野，常采用接触视网膜前预注射法形成液泡，但易造成药物浪费及并发症。

辅助技术如术中OCT可提供横截面影像，但整合视觉信息与维持套管稳定仍具挑战。研究表明：低注射流速（0.18ml/min）较安全且液泡体积稳定，而1.8ml/min流速显著影响视网膜色素上皮基因表达；注射压力需尽可能低以减少损伤，但需维持最低压力（≥0.18ml/min）以形成有效液泡。套管留置15-20分钟可减少液泡张力导致的药物回流，平衡疗效与安全性成为技术关键。

这种注射操作，除了眼球运动和手部震颤带来的复杂情况外，这个视网膜下的目标区域小得几乎看不见；而眼科手术医生必须将药物注射到两层不到一毫米厚的细胞层之间，因此急需一种能够辅助眼科医生进行精准作业的医疗器械，或可以自主完成作业的手术机器人产品。

此次测试的头戴式机器人通过定制化面罩或头盔将设备直接固定在患者头部，使手术器械与眼球运动同步，消除因头部晃动（如呼吸、打鼾）导致的相对位移（呼吸周期内位移减少10倍，消除大幅漂移）。结合压电陶瓷驱动系统（精度达1μm）和虚拟夹具技术，机器人可稳定维持套管在视网膜下间隙的位置，支持超低速注射（0.18ml/min），显著降低视网膜撕裂风险。

不过测试过程中也发现现有系统虽能减少头部大幅运动，但呼吸引起的微小位移（约2mm）仍可能影响套管密封性。动物实验显示，在头部漂移超过3mm时，机器人启动注射的成功率下降至78%。

整体来讲，这次测试结果表明，机器人辅助视网膜下注射通过动态稳定性和精准控制显著提升了手术安全性，尤其在低流速注射和复杂病例中优势明显。然而，体内应用的可靠性验证、成本控制及医生培训体系完善仍是推广的关键瓶颈。未来5-10年，随着AI算法与柔性机器人技术的融合，该技术有望成为遗传性视网膜疾病治疗的金标准。