【摘要】依托供需对接模式的概念验证机制，中国科学院自动化研究所承接了北京大学第一医院“喉部微创机器人手术终端系统”的概念验证任务。通过系统设计与样机研制，项目团队突破了多项关键技术，完成了系统的动物实验验证，并申请了多项国家发明专利和软件著作权，为技术成果的临床转化和产业化奠定了坚实基础。
一、项目概况
科技成果供给方：北京大学第一医院
科技成果承接方：中国科学院自动化研究所
以临床实际需求为导向，中科院自动化所联合北大第一医院，围绕“喉部微创机器人手术终端系统”开展样机研制及技术验证工作。项目进行过程中，自动化所受让了“用于引流患者积液的负压引流装置”等相关知识产权，并依托临床资源，在北京大学第一医院开展了动物实验验证，初步验证了机器人系统的实用性与安全性。
二、项目成果简介
本项目面向人民生命健康重大需求，开展喉部微创机器人手术终端系统研究，突破了多自由度柔性连续体机器人结构设计与运动控制、喉部深腔空间自动分割与三维图像显示、多自由度柔性连续体形状感知与力感知等关键技术，研发了经口喉部微创机器人样机新产品。在打破手术机器人的技术垄断、突破喉部微创手术机器人样机技术、提高机器人的视觉感知和力感知能力等方面具有重要意义。
项目成果实现了机器人手术工作端自由度6个，末端重复定位精度优于0.5mm，有效工作半径大于1000mm，手术器械末端夹持力大于50N；突破了基于深度神经网络的人体喉部深腔空间的三维图像自动分割算法，实现了柔性多角度手术机械臂与三维图像显示的高度融合显示；机器人具有手术末端作用力感知功能，最小感知作用力为0.5N。项目组完成的喉部微创机器人手术终端系统样机通过动物实验验证，验证了所研制的手术机器人系统的实用价值。
三、转化验证过程
随着微创外科手术的推广应用，喉部手术对操作精度和患者创伤控制提出了更高需求，尤其是在复杂喉部病变的处理过程中。喉部手术机器人凭借其精细化操作能力，逐渐成为临床发展的重要方向。然而，目前国际上的手术机器人如达芬奇手术机器人价格昂贵，不利于其产品在国内医疗机构的推广应用，亟需具备自主知识产权、适应本土临床需求的国产替代方案。
本项目聚焦喉部微创手术需求，研发了具有自主知识产权的喉部手术机器人系统，在以下关键技术方面取得了突破：1）多自由度柔性连续体机器人结构设计与运动控制；2）喉部深腔空间自动分割与三维图像显示；3）多自由度柔性连续体形状感知与力感知。相较现有产品，本系统在手术精准度、智能化水平及灵活性方面具有显著优势，全面提升了复杂喉部手术的可控性与安全性。
项目实施过程中，项目组已申请了6项国家发明专利和2项软件著作权，构建了完备的知识产权体系，为后续产品商业化奠定了坚实基础。同时，依托中科院自动化所在自动化与机器人领域的深厚积累，项目团队完成了手术机器人样机的研发，并通过了动物实验验证，具备进一步开展临床试验、申请医疗器械认证的条件。
总体而言，本项目在喉部微创手术机器人领域完成了从关键技术攻关到样机验证的转化闭环，成果具备良好的产业化前景与推广价值，可为提升我国手术机器人产业的自主可控水平提供有力支撑。
四、案例启示
中国科学院自动化研究所项目团队在本项目实施过程中，积极探索“产学研医”协同创新机制，与行业内多家企业建立了合作关系，并通过受让北京大学第一医院相关知识产权，有效推动了喉部手术机器人关键技术的研发和原型系统的概念验证。
本项目的推进为医疗机器人从科研到临床应用提供了可借鉴的路径。下一阶段将围绕临床验证、产业化合作和市场拓展三方面持续发力：
一是深化临床试验验证。在已完成动物实验验证的基础上，项目将与国内多家三甲医院的耳鼻喉科深度合作，开展大规模、多中心的临床试验。通过真实手术场景下的数据采集与临床反馈，持续优化机器人系统的性能和人机协同操作体验，确保符合国家医疗器械监管标准，为后续注册申报和临床推广提供有力支撑。
二是加快产业化进程。项目团队将与有医疗器械资质的设备制造企业开展联合开发，推动产品工程化、标准化，并构建从生产到售后的完整产业链。通过样机小批量试制、试点医院应用测试和市场准入准备，逐步实现从科研成果向商业产品的转化。
三是拓展市场应用空间。面向喉部手术这一高精度、高需求的临床应用场景，项目将优先布局国内重点医疗机构，实现首批应用示范，形成标杆案例与用户口碑。在国内市场积累足够的临床应用基础和产业配套经验后，择机拓展至东南亚、中东、欧洲等新兴及成熟市场，推进我国自主医疗机器人技术的国际化输出。
综上，本项目展示了科研院所依托自身技术优势，通过知识产权引入、产医融合合作和阶段性验证，构建起“技术突破—实验验证—临床试验—产业落地—市场拓展”的完整转化路径，对我国高端医疗装备的自主创新与成果转化具有重要的示范意义。
