肺癌是美国癌症相关死亡的主要原因。有些肿瘤非常小，隐藏在肺组织深处，外科医生很难到达它们。为了应对这一挑战，北卡罗来纳大学教堂山分校和范德比尔特大学的研究人员一直在研究一种非常弯曲但坚固的机器人，能够穿越肺组织。

他们的研究达到了一个新的里程碑。在一篇发表在《科学机器人》杂志上的新论文中，北卡罗来纳大学计算机科学系的Ron Alterovitz博士和北卡罗来纳大学医学系的Jason Akulian医学硕士已经证明，他们的机器人可以在活体实验室模型中自动地从&#quot;a点”到达&#quot;B点”，同时避开重要的结构，如微小的气道和血管。

&#quot;这项技术使我们能够达到标准甚至机器人支气管镜无法达到的目标，”Akulian博士说，他是该论文的合著者，也是北卡罗来纳大学肺病和危重症医学部介入肺脏学和肺肿瘤学科科长。&#quot;它可以给你额外的几厘米或几毫米，这将极大地帮助你追踪肺部的小目标。”

自主导向针机器人的开发利用了北卡罗来纳大学的高度协作文化，融合了医学、计算机科学和工程专业知识。除了Alterovitz和Akulian之外，UNC放射学系的Yueh Z. Lee医学博士、Vanderbilt大学的Robert J. Webster III和犹他大学的Alan Kuntz也参与了研发工作。

这个机器人由几个独立的部件组成。机械控制提供针向前和向后的推力控制，针的设计允许沿着弯曲的路径转向。针由镍钛合金制成，并经过激光蚀刻以增加其灵活性，使其能够毫不费力地穿过组织。

当它向前移动时，针上的蚀刻使它能够轻松地绕过障碍物。其他附着物，如导管，可以与针头一起使用，以执行肺活检等程序。

为了穿过组织，针头需要知道它要去哪里。研究小组使用CT扫描受试者的胸腔和人工智能来创建肺部的三维模型，包括气道、血管和选定的目标。利用这个3d模型，一旦针头定位好准备发射，他们的人工智能驱动软件就会指示它自动从&#quot;A点”移动到&#quot;B点”，同时避开重要的结构。

该项目的首席研究员、论文的资深作者Alterovitz说:&#quot;我们开发的自动操纵针非常紧凑，但该系统包含了一系列技术，可以让针自动实时导航。”&#quot;它类似于一辆自动驾驶汽车，但它通过肺组织导航，在到达目的地的过程中避开重要血管等障碍。”

针也可以解释呼吸运动。与其他器官不同，肺在胸腔中不断扩张和收缩。这使得在一个活生生的、会呼吸的目标中瞄准目标变得特别困难。根据阿库连的说法，这就像在射击一个移动的目标。

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，机器人就会按照程序向前移动。

&#quot;在机器人获取目标，然后真正有效地到达目标的能力方面，还有一些细微的差别，”Akulian说，他也是UNC Lineberger综合癌症中心的成员，&#quot;虽然还有很多工作要做，但我很高兴能在这里的世界级专家的帮助下，继续推动我们为患者所能做的事情的界限。”

Alterovitz补充说:&#quot;我们计划继续创造新的自主医疗机器人，将机器人和人工智能的优势结合起来，为面临各种健康挑战的患者改善医疗结果，同时保证患者的安全。”

作者：北卡罗莱纳卫生保健大学

链接：https://www.sciencedaily.com/releases/2023/09/230921105658.htm

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