近年來(lái)，工業(yè)自動(dòng)化帶動(dòng)了機器人的高速發(fā)展，機器人行業(yè)呈現一種蓬勃發(fā)展的態(tài)勢。隨著(zhù)機器人滲透到行業(yè)之中，醫療領(lǐng)域也開(kāi)始有了機器人的身影，機器人作為一種手術(shù)的輔助工具，從最早的外科手術(shù)機器人到現在的細胞手術(shù)機器人，機器人在醫療行業(yè)的作用越來(lái)越重要。

11月13日，由中國高科技行業(yè)門(mén)戶(hù)OFweek維科網(wǎng)、高科會(huì )主辦，OFweek醫療科技網(wǎng)承辦的OFweek2018（第三屆）中國醫療科技大會(huì )在深圳成功落幕。會(huì )上，IEEEFellow、香港城市大學(xué)生物醫學(xué)工程系主任孫東院士發(fā)表了《細胞手術(shù)機器人的視覺(jué)傳感技術(shù)》的演講，孫東院士為大家介紹了其研究團隊應用3D斷層掃描重構技術(shù)精準定位細胞器，通過(guò)探針等微操作工具實(shí)現大批量、高精度的單細胞手術(shù)操作，為醫療機器人的發(fā)展開(kāi)辟了一個(gè)嶄新的領(lǐng)域。

IEEEFellow孫東：細胞手術(shù)機器人的視覺(jué)傳感技術(shù)

IEEEFellow、香港城市大學(xué)生物醫學(xué)工程系主任孫東

細胞手術(shù)機器人的發(fā)展狀況

細胞手術(shù)機器人是指采用一種自動(dòng)化及視覺(jué)視像技術(shù)，利用微操作工具實(shí)現細胞或者亞細胞層面的精準操作的機器人。孫東院士表示，這是一個(gè)新興的概念，與國際上精準醫學(xué)的發(fā)展趨勢緊密關(guān)聯(lián)。

孫東院士首先給大家介紹了腫瘤的發(fā)展過(guò)程，從最開(kāi)始的正常單細胞，然后經(jīng)過(guò)遺傳紊亂致癌病變到惡性發(fā)展，最后到死亡。在醫學(xué)上治療腫瘤仍留在成像測試階段，國際上已經(jīng)實(shí)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(fā)生的時(shí)間向后推遲，將人類(lèi)的壽命延長(cháng)十到二十歲，要實(shí)現這個(gè)目標，就得實(shí)現真正的早期診斷和治療，這一定是在細胞層面上。

孫東院士表示，在實(shí)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(mén)的就是細胞治療，它是通過(guò)單細胞修復，然后放大增值至萬(wàn)數量級以上，接著(zhù)進(jìn)行細胞的傳送，達到治療的目的。細胞手術(shù)機器人是將手術(shù)從器官到細胞層面實(shí)現的重大轉變，要實(shí)現這些首先要解決用什么方法去操作細胞。

經(jīng)過(guò)多年研究，孫東院士和他的團隊已經(jīng)確認有三種工具可用，第一個(gè)工具是采用激光操作，通過(guò)光電與機器人技術(shù)結合的細胞手術(shù)平臺可以精準地跟蹤單細胞在體內的軌跡；另一個(gè)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(shù)平臺，其操作精度已達納米級別，用這個(gè)系統可以實(shí)現單細胞地活檢如線(xiàn)粒體的活檢和轉移等；第三個(gè)工具是電磁操作，通過(guò)電磁力控制微小的機器人。孫東院士認為，前兩個(gè)工具主要是用于精準的細胞修復，第三個(gè)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(shù)機器人兩個(gè)最重要的操作過(guò)程。

機器人技術(shù)實(shí)現細胞治療

細胞手術(shù)實(shí)際上是在細胞層面上進(jìn)行的修復與治療，現在的細胞手術(shù)與治療操作還存在很多問(wèn)題，如缺乏精度、效率較低、一致性差、成功率低及立體視覺(jué)不明顯等。隨著(zhù)機器人技術(shù)發(fā)展，細胞手術(shù)在細胞層面也漸漸使用機器人技術(shù)實(shí)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(jué)反饋等效果，這就是把機器人技術(shù)應用到細胞手術(shù)層面。

孫東院士還給大家講解了技術(shù)細胞手術(shù)機器人的視覺(jué)傳感技術(shù)的細節，并著(zhù)重介紹了視覺(jué)傳感器基于寬敞熒光顯微鏡的3D重構技術(shù)，它能用于細胞精準修復治療?，F在已經(jīng)有若干技術(shù)手段能實(shí)現3D視覺(jué)重要的技術(shù)環(huán)節。

在3D視覺(jué)方面，孫東院士介紹了三種方法：

其一、計算機斷層掃描，這種技術(shù)已被廣泛商應，其特點(diǎn)是價(jià)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(diǎn)是價(jià)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(diǎn)是價(jià)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。

孫東院士表示，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(wèn)題，所以團隊的第一個(gè)工作是研究后處理算法，通過(guò)寬敞熒光顯微鏡逐層掃描得到若干個(gè)2D的平面信息，然后經(jīng)過(guò)后處理算法實(shí)現3D的重構。在這個(gè)過(guò)程中有很多技術(shù)創(chuàng )新，如PSF技術(shù)，傳統上來(lái)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。

孫東院士認為，一些處理過(guò)程中的重要應用就是在細胞手術(shù)過(guò)程中的細胞器和活檢細胞器的操作，如細胞線(xiàn)粒體活檢，這是傳統的籌集過(guò)程，它沒(méi)有考慮到3D的信息。如今采用了3D技術(shù)，成功率可大大提高。在細胞治療機器人操作系統中，視覺(jué)傳感技術(shù)已經(jīng)成為最重要的操作手段之一，這種視覺(jué)傳感技術(shù)能夠實(shí)現3D重構，實(shí)現若干個(gè)精準的操作。“用此技術(shù)可以實(shí)現單細胞的旋轉控制，同時(shí)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(fā)病機理有更多的認識。”孫東院士補充道。

對于未來(lái)細胞手術(shù)機器人的發(fā)展，孫東院士更是寄予厚望。細胞手術(shù)機器人代表了醫療機器人發(fā)展的前沿，使用自動(dòng)化的光鑷、微針進(jìn)行光機操作，可以實(shí)現細胞的精準修復手術(shù)。孫東院士相信，未來(lái)細胞手術(shù)機器人的應用可以極大程度促進(jìn)精準醫學(xué)和再生醫學(xué)的發(fā)展，特別是對靶向治療產(chǎn)生重大影響。