科学家开发出可穿过活体肺组织的机器人

科学家们开发出了一种可以自主穿越人类肺部的机器人，使医生能够到达极小且隐藏在组织深处的肿瘤。

肺癌是全球第二大常见癌症，2020 年新增病例为 220 万。

由北卡罗来纳大学教堂山分校和范德比尔特大学的团队开发的带有自主操纵针的机器人可以从“A点”到“B点”，同时避开重要的结构，例如微小的气道和活体实验室模型中的血管。

“这项技术使我们能够达到使用标准甚至机器人支气管镜无法达到的目标，”北卡罗来纳大学医学系的 Jason Akulian 说。

“它可以给你额外的几厘米甚至几毫米，这对于追踪肺部的小目标有很大帮助，”他补充道。

《科学机器人》杂志详细介绍了该机器人，它由几个独立的组件组成。机械控制提供了针向前和向后的受控推力，并且针设计允许沿着弯曲路径转向。该针由镍钛合金制成，经过激光蚀刻以增加其灵活性，使其能够轻松地穿过组织。

当它向前移动时，针上的蚀刻使其能够轻松绕过障碍物。其他附件，例如导管，可以与针一起使用来执行例如肺活检等程序。

为了穿过组织，针需要知道它要去哪里。研究小组利用受试者胸腔的 CT 扫描和人工智能创建了肺部的三维模型，包括气道、血管和选定的目标。使用这个 3D 模型，一旦定位针准备发射，他们的人工智能驱动软件就会指示它自动从“A 点”移动到“B 点”，同时避开重要的结构。

“我们开发的自主可控针非常紧凑，但该系统配备了一套技术，可以让针实时自主导航，”来自北卡罗来纳大学的该项目首席研究员 Ron Alterovitz 说。“它类似于自动驾驶汽车，但它可以通过肺组织进行导航，在到达目的地时避开重要血管等障碍物。”

针还可以解释呼吸运动。与其他器官不同，肺部在胸腔中不断扩张和收缩。这使得在活生生的、有呼吸的受试者中瞄准尤其困难。根据阿库利安的说法，这就像射击移动的目标。

研究人员测试了他们的机器人，同时实验室模型进行间歇性屏气。每次受试者屏住呼吸时，机器人就会向前移动。

“机器人获取目标并真正有效地到达目标的能力仍然存在一些细微差别，”阿库利安说，他也是北卡罗来纳大学莱恩伯格综合癌症中心的成员，“虽然仍有很多工作要做。完成后，我很高兴能与这里的世界级专家一起继续突破我们为患者所做的事情的界限。”

Alterovitz 补充道：“我们计划继续创造新的自主医疗机器人，结合机器人技术和人工智能的优势，为面临各种健康挑战的患者改善医疗结果，同时为患者安全提供保证。”

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