文章核心观点 - 神经系统疾病是全球第二大死亡原因 脑肿瘤、帕金森病等随年龄增长患病率上升 当前临床诊疗手段存在局限性[1] - 传统立体定向手术操作复杂且依赖医生经验 无框式机器人缺乏术中实时影像监测能力 术中MRI引导技术面临多自由度运动与高精度定位难以兼顾等挑战[3] - 国家重点研发计划专项设立脑神经介入核磁兼容穿刺机器人项目 聚焦驱动、感知、成像导航与植入器械四大核心方向 致力于实现气液混合宏微驱动等关键技术突破[3] - 上海交通大学团队首创气液宏微驱动及仿生蠕动穿刺技术 研制出国际首台术中MRI导航的气液混合驱动脑神经介入手术机器人 具备毫牛级力感知精度和亚毫米级定位精度[4][5] - 该机器人系统在3T核磁环境下完成多轮验证 包括人体标本与活体动物实验 解决了精度有限、兼容性不足等关键问题 推动高端医疗装备国产化[5] 技术突破与系统构成 - 系统由8自由度气液混合宏微驱动立体定向系统和2自由度仿生蠕动式软体驱动器构成 结合宏微MRI成像实现交互导航与闭环控制[7] - 8自由度系统包含4自由度气动宏驱动模块和4自由度液压微驱动模块 磁共振图像信噪比损失不超过2.3% 几何畸变率低于0.18% 末端夹持点刚度达12.04 N/mm以上[8] - 2自由度仿生蠕动驱动器平移速度超过0.2 mm/s 旋转速度大于0.5 rad/s 穿刺力高于0.8 N 最大锁定力达13 N 解决受限空间精准穿刺难题[11] - 自适应宏微MRI成像策略在距离靶点≥10mm时采用1mm²分辨率/2.5秒每帧 距离<10mm时切换至0.39mm²分辨率/17.9秒每帧 空间分辨率提高2.6倍[16] 实验验证与性能表现 - 体模实验使用3D打印人类头骨模型 七次靶点定位误差均小于1mm 平均精度达0.39±0.12mm[20] - 人体标本实验以底丘脑核为靶点 平均深度约65mm 术后定位精度为0.68±0.13mm 针道最大宽度1.79mm[22][23] - 活体猪动物实验定位误差仅0.14mm 病理切片显示未损伤神经元密集区域 周围细胞形态正常[24] - 整体性能达到亚毫米级定位精度 二维成像时空分辨率1mm/80ms 在3T强磁场环境中保持良好兼容性[5][8]