机器人的“巨大”潜力为眼科手术的下一次革命开辟了门

眼科是最具技术驱动的医学分支之一，并且该领域的大多数主要进步依赖于设备而不是药物。现在，机器人和人工智能有望成为即将革命的一部分。

“由于各种原因，与其他外科专业相比，机器人正在进入我们的领域，但它将在未来发挥重要作用。时间来源于，因为视网膜遗传疗法包括基因替代疗法和光学机构正在进行迅速，并严格将它们转化为诊所，这取决于交付的精度，“Jasmina Kapetanovic，医学博士，说。

“实际上，潜力是巨大的。任何外科治疗或技术都可以获得精确度和准确性，与传统手术相比，其安全性和有效性达到了前所未有的水平。视网膜和周围环境的精细操作不仅需要微米级的精确度，还需要更标准化的手术，如白内障，机器人将带来革命性的变化。”Jean-Pierre Hubschman，MD，说。

Kapetanovic是牛津大学的临床医生科学家，以及UCLA先进的机器人眼科手术实验室的眼科和副主任，今天参与了当今眼科手术的两个最先进和有前途的项目。

首先，前手术系统，诞生于原始思想Marc de Smet，医学博士，医学博士，Retina专家，联合创始人和Preceyes BV的首席医学官员。十五年前，他寻求在荷兰埃因霍温理工大学工程协作，为Vitoretinal手术创造一个微机器原型。在临床前和临床试验后成功验证的前手术系统，于2019年获得CE Mark，现在可商购使用。

第二个项目是在UCLA开发的，通过机电一体化和控制实验室和斯坦眼研究所之间的协作，在UCLA开发了第二个项目。哈拜曼和Tsu-Chin Tsao，Phd，UCLA机械和航空航天工程教授，在这个项目中共同努力超过10年。铁人士在一个先进的原型舞台上，等待资金转向人类试验。

温度的视网膜外科系统

眼前手术系统是一个主从操作系统。外科医生手持的操纵杆与机械臂远程连接，机械臂手持器械并在眼内执行手术操作。

“外科医生通过手术显微镜观察并引导器械的运动。该系统允许高精度，优于20µm，具有4°的自由度，即旋转，进入和退出，并围绕进入点进行两次旋转，非常像手动操作的仪器。此外，它还可以打开和关闭眼睛内的仪器，并激活光源或激光。”

电脑控制眼睛的移动速度，因此当仪器远离精密结构时，移动会更快，而当接近视网膜表面时，移动会逐渐缩小到几乎没有移动。它还能在每个时间点建立位置记忆，这样外科医生就可以在同一个位置停止和重新开始操作。它可以通过编程设置虚拟边界，以防止手臂走得太远或按预先设定的步骤前进，例如50µm或10µm，以到达特定的位置。

“当你想拿出一个仪器时，你只需按下一个按钮。你也可以切换器械，例如从刀片到镊子，不会丢失你正在操作的部位。在手术期间的任何时候，你都可以在触摸屏上重新编程你的动作。”

先进的成就

第一次临床试验与Preceyes手术系统进行在牛津大学进行。该研究的第一阶段涉及12名患者随机分配给机器人辅助手术或标准手术手术，用于齿膜膜或内部限制膜去除。

Thomas L. Edwards，医学博士，该研究的第一个作者是执行机器人辅助程序的外科医生之一，并回顾其作为由罗伯特·麦克伦教授领导的临床团队与工作人员在系统上领导的临床团队之间密切合​​作的特殊经验。

“这是令人兴奋的是，在手术室里有一个机器人和Preceyes工程师。授予我们的机器的精度和超人能力就像以前任何时候都没有使用过。能够将针尖放在视网膜上的尖端，然后放开控制器，看到针保持完美 - 你永远不会梦想这样做。很难相信，“他说。

机器人的极端精度将目光张开到一个细节的新宇宙，通常不受注意。

“我们注意到一些仪器中的瑕疵。例如，针刺，我们认为当旋转时，长轴显示尖端的略微偏差。爱德华兹说，我们甚至注意到眼睛的脉搏与心跳的脉冲和麻醉师笑话地问道，“爱德华兹说。

Edwards现在回到了他的祖国，澳大利亚，并在一旦Covid限制被松开，探索在未来的协作研究中使用Preceyes系统的机会。

人手无法竞争

在该研究的第二阶段，在12例视力出血患者中，使用预先注射重组组织纤溶酶原激活剂的重组组织纤溶酶原激活剂，凝块爆破剂。在2018年在本阶段被引入了Kapetanovic。

“我被训练使用机器人，然后自己给病人做手术。我是幸运的。这是极少数人享有的特权。”“试验进行得非常顺利，现在已经完成，即将发表。”

她继续与Predeyes合作升级系统，并为机器人辅助手术进行了培训课程或员工组织培训课程或员工。

“介绍一项新手术，不仅需要培训外科医生，而且整个团队建立机器并了解需要消毒哪些部件，穿着和覆盖，”Kapetanovic说。

Subretinal注入是一种程序，其中没有人类的手可以与机器人竞争。外科医生的生理震颤平均约为100μm，范围在80μm和250μm之间，并且在静态任务期间增加。

“Predeyes允许您非常精确地进入子统一空间。您的手动移动被机器人翻译成微型测量，当您到达瞄准视网膜的确切位置时，针仍然保持静止，允许您缓慢稳定地进行输液。当我们手动执行相同的程序时，手势倾向于扩大视网膜中的小孔，此时，药物回流回到玻璃体中，引起炎症。这就是为什么我们通常希望快速注射并从眼睛中出来。凭借indeyes，您可以保持针头仍然需要较长的时间，在几分钟而不是几秒钟内进行缓慢，受控的输注，而视网膜术空间仍然非常紧张，“Kapetanovic说。

研究还证实，可以使用局部麻醉剂“一个非常重要的改进”来以这种方式进行手术。

在管线中

在管道中，现在有针对中央视网膜静脉闭塞的临床试验的想法，涉及欧洲的几个中心。

“我们对CRVO没有治愈。心脏病学家和神经外科医生在心脏病发作或中风后用抗凝血剂突破凝血剂，但眼外科医生不像视网膜静脉一样小，以至于手动执行局部过程是太危险的。我们治疗CRVO的并发症，但如果我们可以治疗原因，凝块，用机器人的精确插管和输液，我们会阻止许多视力丧失的情况，“Kapetanovic说。

在荷兰的鹿特丹眼科医院也使用了Predeyes，在10名Maluall Pucker患者中进行手术的特定阶段，并于2020年6月，它安装在纽约眼和耳前医务室（Nyee）进行实验室研究。

desmet说:“NYEE计划与我们合作，进一步开发用于现有程序和新型治疗的技术，并最终在美国启动首次临床试验。”

根据De Smet的说法，基因治疗的创新疗法将极大地受益于此选项。

“难以使回流最小化在超阵片空间中精确地注入基因治疗产品。In some ways, today we have accepted that reflux may happen and are fairly satisfied if we lose ‘only’ 50% of the vectors in the vitreous cavity, but if we were able to retain 95% of the virus particles or more in the subretinal space, we could minimize the immune response and even titrate the results,” he said.

在他看来，从必然进行全面手术的角度，不应看眼科的机器人，而是通过在手术期间表现或增强特定任务的方式来看看眼科。

“眼科的混合方法更为​​奇怪，部分原因是我们受到今天存在的仪器的限制，部分是因为有相对容易的程序，外科医生可以手动表现出色。例如，玻璃体切除术是重复且相对容易的，而膜剥离是一个更复杂的任务，这里是机器人将会有所作为的地方，“de Smet说。

厌备白内障

曹说:“在参与IRISS项目之前，我做了很多工业类型的研究，比如金属切割和材料移除，所以我对创造一个机器人来切割和移除水晶镜头的想法很感兴趣。”

IRISS的目标是进行前、后眼内手术，但最新的发展集中在白内障手术，准确地在摘除晶状体阶段，而其他阶段则通过飞秒激光进行。人工晶状体植入是另一项最终将分配给机器人的任务。

虹膜的两个臂可以通过外部切口间隔分开，同时操纵两个手术器械，可以在每个臂上自动在多个手术器械之间交替。集成到平台中的OCT系统用于术前规划和术中指导。

“基于OCT扫描，系统模拟眼睛解剖，计划轨迹并执行精确的透镜提取。然后将超声工具切换到I / A工具，以彻底清洁胶囊。这现在在大约4到5分钟内进行，但我们的目标是2到3分钟。最初，精确度在0.2毫米的范围内，现在我们的新设计中为5μm至10μm，比人类外科医生好大约10倍，“Tsao说。

他说，外科医生就像一名高级指挥，按下开始按钮，而机器人以完全自动化的方式进行所有扫描和操作，外科医生总是可以通过鼠标点击进行干预，分配任务，或修改或重写程序。

他说:“我们的机器人具备了构成一个全自动机器人系统的所有三个组件:传感、图像引导、决策和控制能力。”

Hubschman说，除了视觉反馈，机器人系统还可以提供“触觉反馈”。增强反馈功能在某些手术任务中是有用的，特别是精密的视网膜手术。

“当你玩电子游戏时，在操纵杆中，您可以感受到振动或阻力。当游戏过程中的汽车走出去，你可以感受到一些抵抗力。与机器人操纵器相同 - 我们可以将关键信息转化为触觉反馈，“他说。

在手术手术期间，通过镊子理论上感测到的大部分内容低于人类阈值，外科医生只能依赖于视觉反馈。通过虹膜，提供和调节视觉和触觉反馈，导致人类无法实现的精度和准确性。

“OCT将精确地检测镜片的碎片，并将引导机器人手臂非常精细地剥去这些作品，没有引起胶囊破裂的风险。在传统的白内障手术期间，在清洁袋子之间彻底清洁袋子之间的折衷，风险导致胶囊破裂或留下袋子中的一些材料并获得后囊渗透。由于德里斯系统的完美可视化和传感能力的结合，我们可以彻底而且非常安全地清洁胶囊，“Hubschman说。

自动像自动驾驶汽车

自主和智能技术在预防或应对术中并发症方面也比人类更好、更快。

“反应的人的时间约为300毫秒，而系统将在20毫秒内反应至30毫秒。机器人还可以立即检测和调整到任何眼睛运动。我喜欢与自动汽车的类比。统计数据告诉我们，大约97％的碰撞是人为错误的。通过自主驾驶汽车，由于对情况更精确的评估，更好的控制和比人类更快的反应更精确评估，碰撞的风险大幅减少。机器学习使系统在每个手术中更好地在自动车辆从每个英里驾驶的情况下学习，使系统越来越可靠，“Hubschman说。

因为它是一个复杂的系统，但瑞利斯有办法获得临床验证和营销授权。

“很多取决于资源，”Tsao说。“现在我们从美国国家卫生研究院提供了一些资金，并在此支持下，我们应该能够在接下来的2到3年内以动物模型进行测试，然后在尸体眼中测试系统。如果我们从外部投资者那里获得兴趣，我们可以开始一家公司并继续迅速对人类研究。技术明智我们准备好了，但批准过程是一个漫长的过程，成本很高。“

在世界范围内普及眼科手术

在过去的二十年中，几十个机器人项目始于眼科，但由于各种原因，已经走向僵局。最近，普通岛的机器人是一家位于以色列的公司，宣布正在进行的“一个将改变眼科手术未来”的手术机器人平台的发展。根据新闻稿，自动化的基于机器学习的眼科外科解决方案的创建是一种满足通过越来越多的劳动力的需求和短缺，特别是手术的挑战。该项目的目标是民主化眼科显微功能，使世界各地的更多患者能够获得储蓄视力治疗。

伊丽莎白yeu，md，他是ForSight在这个项目上的顾问委员会成员，他看到了这种不断发展的技术的巨大潜力。

“作为临床医生，我很兴奋的是先进的机器人可以用于眼科手术的潜力。她说，有一个同时融合了AI或机器学习和实时成像，以创造更多的准确性，安全性和较少的内皮细胞密度损失，“她说。

• 引用:
• 陈cw，等。int j med机器人。2018年,doi: 10.1002 / rcs.1949。
• de smet md等。Acta眼科莫醇。2019; DOI：10.1111 / AOS.14003。
• de smet md等。Currop Ophalmol。2018; DOI：10.1097 / ICU.0000000000000476。
• de smet md等。Plos一个。2016年,doi: 10.1371 / journal.pone.0162037。
• 等。NAT Biomed Eng。2018; DOI：10.1038 / S41551-018-0248-4。
• 格柏MJ，等。眼睛（伦敦）。2020; DOI：10.1038 / S41433-020-0837-9。
• 格柏MJ，等。int j med机器人。2021; DOI：10.1002 / RCS.2248。
• Maberley Dal等人。Grafes Arch Clin Exp Ophthalmol。2020; DOI：10.1007 / S00417-020-04613-y。
• Molaei A等人。J Ophthalmic VIS。2017; DOI：10.4103 / Jovr.jovr_63_17。
• 等。机器人surg。2018; DOI：10.2147 / RSRR.S122301。

• 了解更多信息：
• Marc de Smet，医学博士，医学博士，可在瑞士1005洛桑（1005洛桑）Avenue duLéman32;电子邮件：marcdesmet@preceyes.nl.。
• 托马斯·爱德华兹医学博士可在澳大利亚皇家维多利亚皇家视网膜和耳医院，墨尔本·东墨尔本维克3002;电子邮件：Thomas.edwards@unimelb.edu.au.。
• Jean-Pierre Hubschman，MD，可以达到Doris Stein Eyes Research Center，200楼洛杉矶2楼，CA 90095;电子邮件：hubschman@jsei.ucla.edu。
• Jasmina Kapetanovic，医学博士，可以在Nuffield实验室of Ophthalmology，John Radcliffe医院，牛津大学，REAMLEY WAIL，6级西翼，牛津OX3 9DU，英国;电子邮件：jasmina.kapetanovic@eye.ox.ac.uk.。
• Tsu-Chin Tsao，Phd，可以在机电一体化和控制实验室，UCLA，1540 Boelter Hall，420 Westwood Plaza，洛杉矶，加州90095;电子邮件：ttsao@ucla.edu.。
• 伊丽莎白yeu，md，弗吉尼亚眼科咨询公司，241 Corporate Blvd。弗吉尼亚州诺福克210suite 23502;电子邮件：eyeu@vec2020.com.。

点击这里阅读此封面故事的点/计数器。