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細胞手術機器人代表了醫療機器人發展的前沿

近年來，工業自動化帶動了機器人的高速發展，機器人行業呈現一種蓬勃發展的態勢。隨著機器人滲透到行業之中，醫療領域也開始有了機器人的身影，機器人作為一種手術的輔助工具，從最早的外科手術機器人到現在的細胞手術機器人，機器人在醫療行業的作用越來越重要。 11月13日，中國醫療科技大會在深圳成功落幕。會上，IEEE Fellow、香港城市大學生物醫學工程系主任孫東發表了《細胞手術機器人的視覺傳感技術》的演講，孫東教授為大家介紹了其研究團隊應用3D斷層掃描重構技術精準定位細胞器，通過探針等微操作工具實現大批量、高精度的單細胞手術操作，為醫療機器人的發展開辟了一個嶄新的領域。 IEEE Fellow、香港城市大學生物醫學工程系主任孫東細胞手術機器人的發展狀況細胞手術機器人是指采用一種自動化及視覺視像技術，利用微操作工具實現細胞或者亞細胞層面的精準操作的機器人。孫東表示，這是一個新興的概念，與國際上精準醫學的發展趨勢緊密關聯。孫東首先給大家介紹了腫瘤的發展過程，從最開始的正常單細胞，然后經過遺傳紊亂致癌病變到惡性發展，最后到死亡。在醫學上治療腫瘤仍留在成像測試階段，國際上已經實現了腫瘤的早期診斷。他提出了大健康的概念，所謂：“大健康”，即不奢望治療疑難雜癥，但能把大病發生的時間向后推遲，將人類的壽命延長十到二十歲，要實現這個目標，就得實現真正的早期診斷和治療，這一定是在細胞層面上。孫東表示，在實現精準操作之前，首先要精準地感應到單細胞層面的信息，所謂早期診斷和治療，如今最熱門的就是細胞治療，它是通過單細胞修復，然后放大增值至萬數量級以上，接著進行細胞的傳送，達到治療的目的。細胞手術機器人是將手術從器官到細胞層面實現的重大轉變，要實現這些首先要解決用什么方法去操作細胞。經過多年研究，孫東和他的團隊已經確認有三種工具可用，第一個工具是采用激光操作，通過光電與機器人技術結合的細胞手術平臺可以精準地跟蹤單細胞在體內的軌跡；另一個工具是傳統的機械操作，以高精度微探針為基本操作元的細胞手術平臺，其操作精度已達納米級別，用這個系統可以實現單細胞地活檢如線粒體的活檢和轉移等；第三個工具是電磁操作，通過電磁力控制微小的機器人。孫東認為，前兩個工具主要是用于精準的細胞修復，第三個用于精準的細胞輸送，精準的細胞修復和輸送代表了細胞手術機器人兩個最重要的操作過程。機器人技術實現細胞治療細胞手術實際上是在細胞層面上進行的修復與治療，現在的細胞手術與治療操作還存在很多問題，如缺乏精度、效率較低、一致性差、成功率低及立體視覺不明顯等。隨著機器人技術發展，細胞手術在細胞層面也漸漸使用機器人技術實現細胞治療，可以達到高通量、高效率、高成功率及具有3D視覺反饋等效果，這就是把機器人技術應用到細胞手術層面。孫東還給大家講解了技術細胞手術機器人的視覺傳感技術的細節，并著重介紹了視覺傳感器基于寬敞熒光顯微鏡的3D重構技術，它能用于細胞精準修復治療。現在已經有若干技術手段能實現3D視覺重要的技術環節。在3D視覺方面，孫東介紹了三種方法：其一、計算機斷層掃描，這種技術已被廣泛商應，其特點是價格高，適用于大器官或者組織應用；其二、熒光共聚焦顯微鏡，這種也得到了廣泛的商應，其缺點是價格高，很難與其它微操作工具結合。其三、寬敞熒光顯微鏡，它的特點是價格低，操作方便，且能夠與其它微操作工具結合，不足之處是是采用后需要結合后處理算法運行。孫東表示，因為需要運用大批量傳感器，為了控制成本別，他們選了擇第三種方法。這種情況下一定要解決好后處理算法問題，所以團隊的第一個工作是研究后處理算法，通過寬敞熒光顯微鏡逐層掃描得到若干個2D的平面信息，然后經過后處理算法實現3D的重構。在這個過程中有很多技術創新，如PSF技術，傳統上來講是固定不變的，在單細胞操作中為了保持精準性也要持續地變化。孫東認為，一些處理過程中的重要應用就是在細胞手術過程中的細胞器和活檢細胞器的操作，如細胞線粒體活檢，這是傳統的籌集過程，它沒有考慮到3D的信息。如今采用了3D技術，成功率可大大提高。在細胞治療機器人操作系統中，視覺傳感技術已經成為最重要的操作手段之一，這種視覺傳感技術能夠實現3D重構，實現若干個精準的操作。“用此技術可以實現單細胞的旋轉控制，同時可以精準地跟蹤單細胞到指定部位，看它如何生成腫瘤，從而對癌癥的發病機理有更多的認識。”孫東補充道。對于未來細胞手術機器人的發展，孫東更是寄予厚望。細胞手術機器人代表了醫療機器人發展的前沿，使用自動化的光鑷、微針進行光機操作，可以實現細胞的精準修復手術。孫東相信，未來細胞手術機器人的應用可以極大程度促進精準醫學和再生醫學的發展，特別是對靶向治療產生重大影響。

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