內耳疾病如突發(fā)性耳聾、梅尼埃病等高發(fā)且嚴重影響患者生活質量，但其精準診療長期受限于顳骨內的極端解剖約束—— 耳道狹窄曲折、圓窗膜結構脆弱，器械需同時滿足微型化、高靈巧性、多感知功能，三者的平衡成為臨床醫(yī)學亟待突破的核心難題，相關精準干預長期面臨較高技術門檻。
# 經耳道自然腔道路徑的內耳機器人研究取得新進展
近日，在國家重點研發(fā)計劃支持下，在哈爾濱工業(yè)大學機器人技術與系統(tǒng)全國重點實驗室趙杰教授指導下，項目負責人張赫教授帶領團隊原創(chuàng)性提出經耳道自然腔道入路的內耳機器人微創(chuàng)手術新術式，研制的內耳手術機器人系統(tǒng)（DS-MDCR）在實驗環(huán)境中實現了內耳藥物精準注射和淋巴液微創(chuàng)采樣的功能驗證。文獻資料顯示，該成果突破了狹小、深部、曲折解剖空間下手術機器人靈巧操作、智能感知與精準控制等關鍵技術瓶頸，首次為內耳疾病建立了“經自然腔道、微創(chuàng)精準干預”的全新技術路徑。
與傳統(tǒng)內耳手術入路相比，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入路，在實驗模型中展現出減少組織損傷的潛力，相關結果顯示，該創(chuàng)新成果在降低組織損傷方面具有研究潛力，未來仍需進一步驗證其臨床應用價值。該技術可進一步結合基因治療手段，為相關兒童內耳疾病的早期干預研究提供新的技術參考，有望開辟從早診斷、早干預到術后無創(chuàng)治療的新路徑。相關研究成果以《Interaction-aware dexterous robot for minimally invasive transcanal inner ear interventions》為題發(fā)表于《自然·通訊》（Nature Communications）。
哈工大機器人技術與系統(tǒng)全國重點實驗室為論文第一通訊單位。哈工大機電工程學院張赫教授、北京航空航天大學張?zhí)煅┲斫淌?、上海交通大學醫(yī)學院附屬第九人民醫(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醫(yī)學院附屬第九人民醫(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、上海交通大學醫(yī)學院附屬第九人民醫(yī)院、北京航空航天大學、中山大學深圳校區(qū)、山東大學等單位學者參與本項研究工作。
# 核心難題：狹窄耳道引入的三重設計挑戰(zhàn)
內耳深藏于顳骨內部，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)體機器人雖已應用于部分微創(chuàng)外科領域，但適配內耳診療時短板顯著：要么自由度不足、彎曲性能差，無法完成復雜解剖結構的導航；要么難以集成內鏡可視化、組織交互感知等關鍵功能，微型化、靈巧性、感知功能的三重約束，是內耳微創(chuàng)診療技術發(fā)展中長期面臨的關鍵難點之一。
DS-MDCR（Dual-Segment Miniature Dexterous Continuum Robot）的整體系統(tǒng)配置
# 創(chuàng)新設計：雙段連續(xù)體機器人的硬核突破
團隊研發(fā)了低長徑比雙段微型靈巧連續(xù)體機器人（DS-MDCR），將導管、內鏡、操作器械功能高度集成于一體，在直徑僅 2mm、長度不足 7mm 的超緊湊結構中，實現 6 個自由度的運動能力，成為突破內耳解剖約束的核心載體，文中披露了多項運動與控制性能指標：
1.超優(yōu)彎曲性能：采用鞍形關節(jié)串聯的無過渡骨架，由拮抗線纜驅動，實現±136° 最大平面彎曲角、1.9mm 最小彎曲半徑，可適應耳道曲折路徑需求；
2.雙段解耦運動：近端與遠端段運動完全解耦，且節(jié)段間串擾誤差幾乎可忽略不計?？蓪崿F空間 4 自由度彎曲，形成可編程C/S形三維構型。
3.精準誤差補償：研發(fā)專屬混合補償策略，解決線纜變形、摩擦帶來的非線性遲滯問題，將彎曲角最大跟蹤誤差降至 0.82°；同時支持剛度可調，在 50 倍自重載荷下，遠端尖端撓度僅 0.18mm，有助于提升操作過程中的位置穩(wěn)定性。
DS-MDCR的設計與性能表征
# 關鍵配套：微針 + 感知技術，提升微尺度操作精度
機器人的核心執(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，并增強術中交互感知能力：
高精度穿刺：采用階梯變徑金屬微針，搭配精密線性進給驅動機構，精準控制穿刺深度，以降低耳蝸損傷風險；
實時交互感知：微針集成的 FBG 傳感器，實現分辨率約 1mN 的軸向力實時檢測，可清晰區(qū)分膜接觸、變形、穿孔等手術階段，甚至能識別微針與圓窗龕、骨性結構的接觸，對視覺信息形成補充；
高效流體操作：梯度管腔結構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)感知的獨立自由度穿刺微針系統(tǒng)
# 層層驗證：從尸體標本到在體動物的實驗驗證
人體頭部標本內耳微創(chuàng)穿刺
為評估系統(tǒng)的操作性能與安全性，團隊開展了多維度實驗，進一步開展了多項實驗驗證：
1.人體尸體標本實驗：在 4 例人頭標本中，機器人經耳道＜3mm 的鼓膜小切口，成功完成 S 形路徑導航和圓窗膜精準穿刺，全程未接觸聽小骨等關鍵結構，線纜張力感知可清晰識別組織接觸等關鍵手術事件，驗證了器械的靈巧性和操作安全性；
2.犬類在體實驗：在 5 只實驗犬中完成經耳道內耳穿刺、外淋巴取樣和耳蝸內藥物注射，術后動物運動、平衡功能未見明顯異常；聽力閾值變化為1±4.2dB；術后1天圓窗膜穿刺點愈合，7天鼓膜切口自愈合；活體犬類動物實驗30天隨訪結束后，形態(tài)學分析結果顯示耳蝸基底膜完整，未見明顯局部炎癥反應。
犬模型體內實驗：經耳道低損傷機器人采樣與注射技術（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器人內耳取樣與注射的重要探索。該成果為內耳微創(chuàng)機器人技術的進一步發(fā)展提供了實驗基礎。
# 潛在應用方向：為內耳精準干預提供新工具思路
這套由國家重點研發(fā)計劃支持研發(fā)的內耳微創(chuàng)機器人系統(tǒng)，為內耳微創(chuàng)干預技術的后續(xù)轉化研究提供了新的實驗基礎：
微創(chuàng)路徑：經耳道自然腔道操作，避免傳統(tǒng)手術的磨骨損傷，鼓膜小切口可自主愈合，在實驗研究中顯示出降低組織損傷風險的潛力；
操作友好：直覺式遙操作設計有助于降低操作學習曲線；系統(tǒng)采用集成化設計，目標是為未來臨床應用場景提供便利；
遠程潛力：遙操作架構的設計為未來遠程手術指導與操作提供了技術可能性；
應用拓展：研究團隊展望，該技術未來或可應用于內耳疾病的早期分子診斷、靶向藥物遞送，以及為內耳基因治療、人工耳蝸植入等提供操作平臺，為內耳疾病精準診療工具的后續(xù)研究提供了新的方向。
# 未來展望：持續(xù)優(yōu)化，加速臨床轉化
目前，團隊已圍繞系統(tǒng)的進一步優(yōu)化和臨床轉化制定明確方向：未來將通過替換FBG傳感線纜實現無尺寸增加的力/形狀感知、融合術前CT與內鏡圖像構建增強現實導航界面、引入AI驅動的半自主/自主操作功能，進一步提升系統(tǒng)的精準性和智能化水平；同時通過注塑量產、采用經濟型執(zhí)行器等方式降低成本，推進該系統(tǒng)的臨床轉化研究。
此次研究成果是機械工程、機器人學與耳鼻咽喉頭頸外科跨學科、跨單位協(xié)同創(chuàng)新的典范，也是醫(yī)療機器人領域跨學科協(xié)同研究的代表性成果之一。
京公網安備11010802046783號
