原标题：哈尔滨工业大学机器人技术与系统全国重点实验室张赫AISY：一种用于眼内灵巧手术机器人的微型三维力传感器

　　创新点：哈尔滨工业大学“机器人技术与系统”全国重点实验室赵杰教授、张赫教授团队提出了一种微型三维力传感器，可应用于视网膜血管注药手术。首次提出了带有微力感知的眼内连续体手术机器人，实现视网膜血管穿刺高精度定位、灵活角度调整与微小穿刺力感知，为眼底视网膜显微手术机器人开辟了新的技术路径。

　　关键词：Advanced Intelligent Systems ，眼科手术机器人、视网膜静脉注药，微型三维力传感器，眼内连续体机器人

　　视网膜静脉阻塞是一种严重的眼底疾病。与玻璃体手术相比，视网膜血管注药是一种更有效的视网膜静脉阻塞手术，通过将溶栓药物注入直接注入血管以溶解血栓。视网膜静脉注药是一种困难且危险的显微外科手术，因此很少有成功的案例报道，因为视网膜是一种具有异质性和各向异性的材料，穿刺过程中视网膜血管组织极易发生变形与位移，同时由于视网膜是一层约200-300um的纤薄的神经性组织，穿刺过程中也容易造成组织的意外损伤。为此，张赫教授团队从软组织力学角度出发，首次提出了穿刺角度和微小力感知是视网膜血管穿刺成功的重要条件这一重要概念。为了实现穿刺角度调整和力感知，需要在有限的眼内空间中，在柔性机械臂末端集成三维力传感器，并且需要保留柔性机械臂的中间注药管道。对三维力传感器提出了极大的挑战。

　　哈尔滨工业大学“机器人技术与系统”全国重点实验室张赫教授及博士生王春波基于布拉格光栅感知原理提出了一种微型三维力传感器。传感器本体长度仅为3.8mm，具有亚毫牛级的力学测量能力并保留注射功能。将该传感器继承于眼内柔性臂末端，二者构成了眼内灵巧手，实现了视网膜血管注药手术的穿刺角度调整和穿刺力的测量。进一步提高手术的成功率与安全性，

　　为了验证该传感器的可行性，在离体猪眼球上进行了血管注药手术。这是目前已知，首次对离体猪眼球视网膜血管注药过程中的交互作用力进行全程测量。通过控制眼内柔性机械臂关节角度，调整注射姿态，由医生操作机器人沿针尖方向进行注射运动，成功进行了离体猪眼注药手术。团队对所测量的力学数据进行分析时发现，当视网膜血管被穿刺的瞬时状态，针所受到的轴向力表现了非常明显的脉冲现象，随着穿刺针的持续进给，轴向力二次上升，表明过大的穿刺位移导致了血管下腔臂与针尖进行了接触。除此之外，团队发现，穿刺床上创口对针臂的牵拉会导致横向力的增大，同时，注射产生的流体压力推动针头向相反方向运动，导致力学曲线整体增大，因此在注药过程中力学监测也同样重要。视网膜血管注射是一项复杂且具有挑战性的手术。血管漂浮在视网膜上方，过大的入针角度容易使血管移位，增加穿刺力。如果穿刺力过大，微针很容易同时穿透血管壁的上下两层，造成视网膜损伤。正确的插入角度和插入力的感知对于视网膜血管注药手术的安全性非常重要。由于眼内操作缺乏有效的深度信息和安全检测，三自由度力传感器在为机器人视网膜血管注药手术提供全过程反馈具有重要意义。

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