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，机器人进入我们的领域有些延迟，但它将在未来发挥重要作用。现在是时候了，因为视网膜基因治疗，包括基因替代疗法和光遗传学正在取得快速进展，将它们转化为临床严格依赖于精确性。”Jasmina Kapetanovic，MD，PHD，说。

“实际上，潜力是巨大的。与传统手术相比，任何手术治疗或技术都可以获得精度和准确性，导致前所未有的安全性和疗效。视网膜和周围环境中的微妙演习，需要微米精度，但也更加标准化的手术手术，如白内障，将通过机器人革命，“Jean-Pierre Hubschman，MD，说。

卡帕坦诺维奇是牛津大学(University of Oxford)的临床科学家，以及加州大学洛杉矶分校(UCLA)先进机器人眼科手术实验室(Advanced Robotic Eye Surgery Laboratory)的主任、眼科副教授和赫布斯曼(Hubschman)，参与了目前两个最先进、最有前途的机器人眼科手术项目。

首先，前手术系统，诞生于原始思想Marc de Smet，MDCM，PHD，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曹博士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。

眼前视网膜手术系统

Preceyes手术系统是主奴隶的Telemanipulation系统。由外科医生持有的操纵杆远程连接到一个机器人手臂，握住仪器并在眼睛内部进行手术机动。

“外科医生通过手术显微镜看，并指导仪器的运动。该系统允许高度精度，优于20μm，自由4°，即旋转，进入和出口，以及围绕入口点的两个旋转，就像手动操作的仪器一样。此外，它可以打开和关闭眼睛内的仪器并激活光源或激光，“De Smet说。

计算机控制通过眼睛的转换的速度，使得当仪器远离精致结构并且逐渐向下逐渐缩放到几乎没有运动时，运动可以更快地进行，同时接近视网膜表面。它还在每个时间点构建一个位置的内存，因此外科医生可以从完全相同的位置停止并重新启动操纵。它可以被编程为放置虚拟边界以防止手臂走得太远或者预设步骤，例如，例如，50μm或10μm以达到特定位置。

“当您想拔出乐器时，您只需按一个按钮即可。您还可以切换仪器，例如从刀片到镊子，从不丢失您正在运行的位置。在手术期间的任何时候，你可以在触摸屏上重新编程你的机动，“De Smet说。

先进的成就

preeyes手术系统的第一次临床试验在牛津大学进行。研究的第一阶段包括12名患者，他们被随机分配到机器人辅助手术或标准的手动手术中，进行视网膜外膜或内限制膜去除。

托马斯L. Edwards，MD，PHD，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。

人类的手不能竞争

在研究的第二阶段，在12例视网膜下出血导致视力下降的患者中，使用Preceyes进行视网膜下注射重组组织纤溶酶原激活剂(一种凝块粉碎剂)。卡帕坦诺维奇是在2018年这个阶段引入这项技术的。

“我接受过培训以使用机器人，然后自己在患者身上运作。我很幸运。她说，这是一个很少的特权，“她说。“审判很好，现在已经完成，即将出版。”

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。

卡帕坦诺维奇说:“引入一种新程序不仅需要外科医生接受培训，而且需要整个团队来安装机器，并知道哪些部位需要消毒、包扎和覆盖。”

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。

这项研究也证明了手术可以通过局部麻醉来完成，“这是一个非常重要的进步，”她说。

在进行中

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。

preeyes还被荷兰鹿特丹眼科医院用于为10名黄斑皱痕患者实施特定阶段的手术，并于2020年6月被安装在纽约眼耳医院(NYEE)进行实验室研究。

“Nyee计划与我们合作，进一步开发现有程序和新疗法的技术，并最终发动美国第一个临床试验，”De Smet说。

创新疗法，如基因疗法，将大大受益于这一选择，德斯梅特说。

“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。

“眼科的混合方法更有意义，部分原因是我们受到现有仪器的限制，部分原因是有一些相对简单的手术，外科医生可以出色地手工完成。例如，玻璃体切除术是重复性和相对简单的，而薄膜剥离是一个更复杂的任务，这是机器人将发挥作用的地方，”de Smet说。

厌备白内障

“在参与Iriss项目之前，我做了很多工业类型的研究，如金属切割和物质拆除，所以我对创建机器人切割和去除晶体透镜的想法感到了兴趣，”Tsao说。

虹膜旨在表演前部和后眼眶外科手术，但最新的发展已经集中在白内障手术上，精确地在镜片移除的阶段，而其他阶段由飞秒激光进行。IOL植入是最终将分配给机器人的另一个任务。

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。

在OCT扫描的基础上，该系统模拟眼部解剖结构，规划轨迹，并进行精确的晶状体提取。然后将超声工具切换到I/A工具来彻底清洗胶囊。现在这个过程大约需要4到5分钟，但我们的目标是2到3分钟。最初，精度在0.2 mm范围内，现在我们的新设计是5 - 10µm，大约比人类外科医生好10倍。”

外科医生就像一个高级导体，虽然机器人以完全自动化的方式推动开始按钮，但是，虽然机器人以全自动的方式进行所有扫描和机动，但外科医生总是可以在用鼠标点击，分配任务或修改的特定点中进行干预或者覆盖程序，他说。

“我们的机器人拥有全部三种组件，使一个全自动的机器人系统：传感，图像指导和决策和控制能力，”他说。

HUBSCHMAN表示，除了视觉反馈外，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可能有用，特别是微妙的视网膜程序。

“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

在预防或响应术中并发症方面也比人类更好，智能技术更好，智能技术更好。

“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。

“很大程度上取决于资源，”曹说。“现在我们从美国国立卫生研究院获得了一些资金，有了这些支持，我们应该能够在未来2到3年内在动物模型上测试该系统，然后在尸体眼睛上测试。如果我们得到外部投资者的兴趣，我们就可以开一家公司，然后很快进行人体研究。在技术方面，我们已经准备好了，但审批过程是一个漫长的过程，成本也非常高。”

全世界的眼科手术民主化

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，咨询董事会成员在这一项目中，在这种不断发展的技术中看到了很大的潜力。

“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。

• 参考：
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• Roizenblatt M等人。机器人杂志。2018; DOI：10.2147 / RSRR.S122301。

• 更多信息:
• Marc de Smet，MDCM，PHD，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，博士，博士，可在Royal Victorian Eye and Ear Hospital, Gisborne St, East Melbourne VIC 3002, Australia找到;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，MD，PHD，可在牛津大学约翰拉德克里夫医院纳菲尔德眼科实验室找到，黑德利路，西翼6层，牛津OX3 9DU，英国;电子邮件:jasmina.kapetanovic@eye.ox.ac.uk.。
• Tsu-Chin曹博士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，可在弗吉尼亚州眼睛顾问，241企业Blvd.，套房210，诺福克，VA 23502达到。电子邮件:eyeu@vec2020.com.。

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