200913智慧眼科相关产品及技术理解

　　【相关产品】
　　【AI辅诊】在眼科和视觉科学领域，人工智能的应用也呈爆发式增长。主要应用且相对广泛、成熟的就是AI辅助影像诊断领域。智能眼科医生案例：（2017年）由中山大学中山眼科中心自主研发的医疗人工智能机器人（CCCruiser），通过模拟人脑，已对中山眼科中心1000多例临床资源和图片进行了分析和深度学习，专业知识已达到该院15年临床经验的医生水平，目前的诊断准确率可以93以上。中山眼科中心智能眼科医生系统功能定位：该人工智能程序模拟人脑，对大量的先天性白内障图片进行分析和深度学习，不断反馈提高诊断的准确性。将该程序嵌入到云平台后，通过云平台上传图片，即可获得先天性白内障的诊断、风险评估和治疗方案。河南省立眼科医院AI辅诊案例：（2018年）其和国内几家单位联合北京致远慧图科技自主研发糖尿病视网膜病变人工智能诊断系统。在此基础上其又进一步研发了人工智能机器人嵩岳，这是国际首个用于糖尿病视网膜病变筛查的机器人医生。嵩岳的诊断，是建立在对7万张眼底照片100余万标注病灶深度学习的基础上，如10张糖尿病视网膜病变的影像片，38秒做完诊断。这样的速度，尽管整体成绩上（仅准确度的判断，并未考虑时间）与实际眼科医师是打了平手，但AI技术具有自主学习，不断迭代、提升的过程，所以AI辅诊的集聚优势只是时间问题。腾讯觅影早期青光眼智能筛查系统：（2019年，6月1316日）第五届第十三次中国医师协会眼科医师分会年会在郑州举行，来自全国的眼科大咖齐聚绿城，共话发展。在此次会议上，腾讯公司联合北京同仁医院团队发布最新研究成果，利用人工智能辅助医生对早期青光眼进行智能筛查，在患者视力受损前进行识别，准确率超过了95，这项功能已在腾讯觅影正式发布。在AI的辅助下，只需要数秒，即可初步判断被检者是否存在眼底疾病，这将有助缓解专业眼科医生不足的瓶颈，开启眼底疾病的基层筛查新模式。
　　【眼科机器人】眼科手术机器人是集机械科学、生物力学、显微技术、传感器技术等多个学科于一体，主要由视觉系统、控制系统、感知系统、末端执行器等构成。以角膜移植术为例，眼科机器人的手术操作过程：利用视觉系统精准确定手术位置，控制系统操控眼科手术机器人运动，在感知系统的辅助下，末端执行器进行角膜切割、缝合等操作。医疗机器人手术系统在眼科的主要应用：如角膜移植术、玻璃体切除术、视网膜手术等。在角膜移植术中，可完成角膜钻切和缝合两大步骤。在玻璃体视网膜手术中可用于视网膜裂孔激光光凝术、玻璃体切除和玻璃体后脱离手术、视网膜表面异物取出术和视网膜血管插管术等。近年机器人系统在辅助白内障手术方面也有所突破。显微外科机器人在眼科手术中的应用：1、在显微镜下，眼科手术是其中一个很重要的应用。在手术场景中，医生需要在显微镜下做一些精细的手术操作，而操作精细正是眼科手术的一个重要特点。2、如眼底血管发生酸涩应该怎么办，现在同仁医院对这种病症还没有有效的治疗办法。如果我们心血管或外周血管有问题，可以通过放支架解决。但是对于眼底血管，我们目前还束手无策。3、显微手术操作力比较小，操作姿势受限；对于40岁以上的医生来说，颈椎病、腰椎病和他们的职业病是比较强；医生手术操作的学习曲线也比较长，操作技巧比较高；这些手术共性问题都可以通过机器人解决。
　　【角膜塑形镜】角膜塑形镜是一种特殊设计的高透氧硬镜，采用逆几何设计，佩戴在角膜上，通过机械压迫、镜片移动按摩及泪液的液压等物理作用，达到改变角膜曲率、暂时减低近视度数的作用，从而提高裸眼视力。角膜塑形镜在近视防控的作用：2018年国家卫健委发布《近视防治指南》获得认可。角膜塑形镜被列为近视防控有效方法之一，临床试验发现长期配戴角膜塑形镜可延缓青少年眼轴长度进展约0。19毫米年。
　　【人工晶状体】人工晶状体是指人工合成材料制成的一种特殊透镜，它的成分包括硅胶、聚甲基丙烯酸甲酯、水凝胶等。人工晶状体的形状功能类似人眼的晶状体，具有重量轻、光学性能高、无抗原性、致炎性、致癌性和能生物降解等特性。人工晶状体在眼科行业的作用：由于人工晶状体具有重量轻、光学性能高、无抗原性、致炎性、致癌性和能生物降解等特性，所以是白内障眼病治疗过程中的最重要的耗材之一。
　　【技术理解】
　　【医学纳米技术】眼科医学纳米机器人联合科研项目：哈尔滨工业大学基础与交叉科学研究院微纳米技术研究中心青年教师吴志光副教授与德国马普智能系统所皮尔菲舍尔（P。Fischer）教授团队合作，首次实现纳米机器人在眼睛玻璃体中可控、高效地集群运动，研究成果以穿梭眼内玻璃体的群体润滑微型推进器为题，在线发表于《科学进展》（ScienceAdvances，影响因子11。511）。该技术可以解决传统眼内送药遇到的主要问题，例如：1、常规的眼睛内药物递送主要依靠滴药或血液运输完成。2、这些方法受到多重生物屏障的阻碍，难以实现向眼球后部（如视网膜黄斑区域）的药物递送。哈工大与德国科研机构（马普智能系统）科研方向：1、致力于设计可在眼睛玻璃体中可控运动的游动纳米机器人，试图依靠纳米机器人的自主运动来突破生物屏障完成药物主动运输。2、眼内玻璃体中生物分子的黏附严重阻碍了纳米机器人的运动，如何摆脱生物分子的黏附，实现在生物流体内长距离集群运动。哈工大联合研发的纳米机器人主要技术攻关：1、自然界中猪笼草表面具有纳米厚度的液体润滑层，使落到植物表面的昆虫很容易滑落到植物的口中。2、受猪笼草液态润滑界面的启发，研究团队首次提出了一种表面涂覆纳米液态润滑层的螺旋形磁性纳米机器人，其直径仅为500纳米。3、这些表面润滑的螺旋形纳米机器人能够在外源磁场的引导下有效地克服生物分子的黏附，完成从眼睛玻璃体中心位置到视网膜的长距离可控集群运动，到达眼内玻璃体中的指定位点。4、这些表面润滑的磁性螺旋形纳米机器人未来有望装载药物，通过自主运动的方式到达病灶部位，执行药物主动靶向递送任务，实现疾病的微创精准治疗。
　　【眼球技术】眼球技术主要包括眼球识别与眼球跟踪，辅助虚拟现实，依靠计算机视觉、红外检测或者无线传感等实现用眼睛控制电脑、眼迹画画、眼迹拍摄、眼迹移物等创新性功能。（眼球中心定位跟踪算法eyelike）眼球识别是通过采集分析人眼虹膜和瞳孔的生物特征信息，然后进行处理分析的一种生物识别技术。眼球跟踪：眼球追踪是利用红外传感设备、图像采集设备，在相关软件的操控下获取眼球运动信息，进而建模，用来人机交互等研究。
　　【虹膜识别技术】
　　虹膜识别技术主要功能：通过比对不同虹膜图像特征之间的相似度来进行的，其核心步骤是使用图像处理方法对眼睛虹膜纹理特征进行分析、提取，分类、归一化抽象描述，最终将纹理特征抽象成虹膜特征模板，通过模板的比对匹配，来确定身份。虹膜识别技术主要特点：1、准确性。2、稳定性。3、抗欺骗性。4、活体性。5、非接触性。
　　【生物力学分析】
　　眼科手术器械的设计指标必须符合眼球的各项生理参数，运动范围总不能超过眼球的直径吧，其操作力度不能超过眼组织的承受极限，其操作路径要符合眼球内部的结构吧等等。目前研究方法主要是通过数值仿真法和模拟实验法。目前集中在软件仿真或者模型试验，存在局限，未来如果开发人体眼球模型并优化检测方法，可以得到更真实的眼组织生物力学数据，并且将生物力学融合到手术器械末端执行器的控制中，会对眼科手术智能化发展有里程碑式的突破。
　　【RCM机构设计】在眼内微创手术中，手术器械需从巩膜刺入点插入病人眼球内，围绕该点运动来实施手术操作，即绕刺入点的三维转动和沿着器械轴线的移动这称为RCM（RemoteCenterofMotion）机构设计即远程运动中心控制。该机构的设计是眼科手术器械智能化本体构型的设计关键。目前眼科手术智能化操作主要采用机械约束下的运动机构来实现，但是这种机构刚度高，安全性最好，但较为庞大，适应性差、操作性还需进一步完善（如达芬奇）；第二种为被动式RCM，平行四边形的设计是安全性得到保障，但是影响了运动精度和刚度（如AESOP）；还有主动式RCM，即通过软件算法来实现，但是可靠性低，适合在安全性不高的场景下应用，可保证高刚度且低成本的操作运行。
　　【多维度微力感知】眼科显微手术涉及到器械与视网膜薄壁、视网膜血管等精密眼组织的操作，为保证手术安全，手术中需要获取包括器械的末端位置、目标眼组织的位置以及器械与眼组织的作用力等多维信息，以此为医生提供全方位的操作引导或反馈，从而实现高精度的手术操作。眼科手术中的微力检测主要包括：使用商用微型传感器（如Nano17、Preceyes等）作为机器人的力感知器件。但Nano17传感器面临体积空间的挑战，只能在眼球外进行测量，而且，检测的力信息同时，还需考虑器械与眼内组织的接触力，以及器械与巩膜切口的摩擦力，因此最终不能精确地反映器械在眼内的操作力。还有一种是微力检测是将FBG其是一种高灵敏度布拉格光栅光纤的传感解决方案（对标传统电容式传感方案），嵌入手术器械末端，对器械末端与眼组织的接触力直接进行检测。该检测方法能够隔绝眼外摩擦力的干扰，精确地反馈器械与视网膜表面的作用力。同时，FBG具有很高的灵敏度，基于FBG集成的力感知器械的分辨率能够达到0。25mN，达到了大多数眼科手术器械的力感知要求，因此在将来的眼科手术智能化器械中，这种微力检测方式的应用将会越来越广泛。
　　【检测图像识别重建】在目标眼组织内进行多维度微力感知后，还需将这些检测信息转化为图像识别和重建。当前主要技术是针对眼底血管的识别和重建，2016年发布一种EyeSLAM新算法，可对视网膜血管实现30Hz的实时定位和重建，具有旋转不变性，并能够适应不同的光照条件。还可以采用图像方法对眼底视网膜血管进行重建研究，得到了眼底视网膜地形图。随着新算法的鲁棒性不断提高，基于图像识别重建的智能化检测方法将会不断提升眼组织的检测精度及后续效果。多维度微力感知与检测图像识别重建的融合还处于离线验证，还未进入实验验证，但是这种眼科智能化技术是未来发展方向。
　　【精密运动控制技术】智能化眼科手术器械主要有2种控制方式。在主从控制中，主操作器的运动经缩放后映射到从智能手术器械的运动空间，医生的操作尺度被放大，有助于医生实施更为精密的手术操作，目前大多数智能化眼科手术器械都属于这种操作方式，如Preceyes，IRISS等。还有一种是人机协同控制方式，其允许医生直接把持安装在眼科手术器械的末端执行器上，医生的操作意图通过力传感器传递给末端执行器，从而对手术操作进行人机协同控制（如SHER）。在人机系统控制方式下，医生的手部颤抖可以被有效地滤除，医生也能获得更为直观的操作环境。
　　【拓展理解】
　　210909眼科医疗服务市场规模与活力
　　【图表数据】
　　200911智慧眼科行业定义及学术理解