Science Robotics | AI 手中的医用针头：向自主机器人导航迈进

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当外科医生面对深藏在大脑或肺部等复杂器官中的肿瘤时，他们常常面临一个残酷的抉择：要么进行高风险的开放式手术，要么接受传统微创工具“走直线”的局限性。然而，一场源自全球顶尖实验室的技术革命，正让这种两难处境成为历史。根据《Science Robotics》的一篇最新综述，新一代的微型机器人正像拥有自主意识的“机器蛇”一样，以我们前所未见的方式在人体内蜿蜒前行。

文章系统地回顾了用于微创介入治疗的机器人技术的最新进展，特别是聚焦于可控柔性针（steerable needles）和连续体机器人（continuum robots）的发展与应用，同时也是技术的核心。这根超细的针由多层可伸缩、可旋转的同心管构成，或者其尖端可通过磁场在体外精确操控。它们不再是僵硬的金属杆，而是灵活的探索者，能够巧妙地绕过神经、血管和重要器官，沿着一条最优的弯曲路径，直达病灶。此外，真正的颠覆性力量是来自于驱动这些“机器蛇”的大脑——人工智能。

关键发现

多技术融合：该领域正经历一场由机械创新、先进成像技术和人工智能算法深度融合驱动的革命。机器人系统不再是简单的机械臂，而是集成了复杂传感、智能规划和精准控制于一体的智能平台。

突破直线限制：核心进展体现在器械设计上，如同心管机器人、磁控机器人和具有主动尖端的器械，它们能够沿着弯曲路径在体内穿行，从而避开重要的器官和组织。

AI赋能：人工智能，特别是深度学习，正在从多方面赋能该技术。它不仅被用于从MRI、CT或超声图像中自动分割和识别解剖结构与器械，还被用于创建能够应对呼吸等生理运动的动态路径规划算法（图1）。

迈向自主化：研究趋势正从纯粹的医生遥控操作，转向人机协作乃至半自主和全自主操作。系统开始扮演“AI副驾驶”的角色，能够自主执行如血管穿刺或病灶活检等任务，以期达到超越人类的精度和稳定性。

图1：医疗穿刺机器人的人工智能引导组件。基于穿刺手术的人工智能引导组件及其各组成部分的关键特性（上图）。每个组件的AI引导程度可根据医生所需投入的精力进行调整。各AI引导组件均可独立实现不同级别的引导支持（下图）。

解决的问题

该技术主要解决了传统微创手术中的一个核心难题：如何安全、精准地抵达体内深部或被关键组织遮挡的病灶。传统的刚性穿刺针和内窥镜受限于“直线路径”，在执行如脑部深层肿瘤活检、肺部周围型肺结节穿刺或复杂血管介入等任务时，往往会增加对健康组织的附带损害风险，甚至在某些情况下无法实施。这些新型机器人技术通过实现弯曲路径的精准导航，极大地扩展了微创手术的适用范围和安全性（图2）。

图2：穿刺机器人可根据导向类型和部署方式分类。顶部示意图中，黑色代表穿刺针，灰色代表组织，红色代表进入组织后的可控元件。下方我们按解剖学应用场景对穿刺机器人进行分类，并通过图标上半部分的导向类型（主动导向/被动导向）和下半部分的部署方式（手动/自动）加以区分。

结论与评价

该技术核心创新在于其系统性的整合范式。单一的技术突破（如一种新材料或算法）固然重要，但真正的创新在于将器械工程学（可控针/导管）、医学影像学（实时引导）、计算机科学（运动规划与AI）和控制论（人机交互与自主控制）无缝集成到一个闭环系统中。这种跨学科的融合，催生了能够感知、思考、规划并行动的“智能介入系统”，它们不仅是医生手的延伸，更是医生智慧的增强，预示着一个更精准、更微创、更智能的医疗新时代的到来。

▼参考文献

[1] Ron Alterovitz et al. ,Medical needles in the hands of AI: Advancing toward autonomous robotic navigation.Sci. Robot.10,eadt1874(2025).DOI:10.1126/scirobotics.adt1874

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编辑 | 郝娅婷

排版 | 张艳青

审核 | 医工学人理事会

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