重要进展！国家重点研发计划支持，哈工大团队研制内耳微创机器人登Nature子刊

文章来源：MedRobot

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内耳疾病如突发性耳聋、梅尼埃病等高发且严重影响患者生活质量，但其精准诊疗长期受限于颞骨内的极端解剖约束—— 耳道狭窄曲折、圆窗膜结构脆弱，器械需同时满足微型化、高灵巧性、多感知功能，三者的平衡成为临床医学亟待突破的核心难题，相关精准干预长期面临较高技术门槛。

# 经耳道自然腔道路径的内耳机器人研究取得新进展

近日，在国家重点研发计划支持下，在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指导下，项目负责人张赫教授带领团队原创性提出经耳道自然腔道入路的内耳机器人微创手术新术式，研制的内耳手术机器人系统（DS-MDCR）在实验环境中实现了内耳药物精准注射和淋巴液微创采样的功能验证。文献资料显示，该成果突破了狭小、深部、曲折解剖空间下手术机器人灵巧操作、智能感知与精准控制等关键技术瓶颈，首次为内耳疾病建立了“经自然腔道、微创精准干预”的全新技术路径。

与传统内耳手术入路相比，这一源头创新成果依托耳道这一人体自然腔道完成手术入路，在实验模型中展现出减少组织损伤的潜力，相关结果显示，该创新成果在降低组织损伤方面具有研究潜力，未来仍需进一步验证其临床应用价值。该技术可进一步结合基因治疗手段，为相关儿童内耳疾病的早期干预研究提供新的技术参考，有望开辟从早诊断、早干预到术后无创治疗的新路径。相关研究成果以《Interaction-aware dexterous robot for minimally invasive transcanal inner ear interventions》为题发表于《自然·通讯》（Nature Communications）。

哈工大机器人技术与系统全国重点实验室为论文第一通讯单位。哈工大机电工程学院张赫教授、北京航空航天大学张天雪助理教授、上海交通大学医学院附属第九人民医院贾欢主任为论文共同通讯作者。哈工大博士研究生李海铭、高培源和上海交通大学医学院附属第九人民医院主治医师谭皓月为论文共同第一作者。哈尔滨工业大学、上海交通大学医学院附属第九人民医院、北京航空航天大学、中山大学深圳校区、山东大学等单位学者参与本项研究工作。

文章的整体工作总结

# 核心难题：狭窄耳道引入的三重设计挑战

内耳深藏于颞骨内部，从外耳道到圆窗膜的通路横向仅 2-5mm，不仅狭窄，还存在多平面弯曲和密集骨性约束，且圆窗膜的穿刺角度、深度稍有偏差，就可能造成不可逆的听力损失。

传统连续体机器人虽已应用于部分微创外科领域，但适配内耳诊疗时短板显著：要么自由度不足、弯曲性能差，无法完成复杂解剖结构的导航；要么难以集成内镜可视化、组织交互感知等关键功能，微型化、灵巧性、感知功能的三重约束，是内耳微创诊疗技术发展中长期面临的关键难点之一。

DS-MDCR（Dual-Segment Miniature Dexterous Continuum Robot）的整体系统配置

# 创新设计：双段连续体机器人的硬核突破

团队研发了低长径比双段微型灵巧连续体机器人（DS-MDCR），将导管、内镜、操作器械功能高度集成于一体，在直径仅 2mm、长度不足 7mm 的超紧凑结构中，实现 6 个自由度的运动能力，成为突破内耳解剖约束的核心载体，文中披露了多项运动与控制性能指标：

1.超优弯曲性能：采用鞍形关节串联的无过渡骨架，由拮抗线缆驱动，实现±136° 最大平面弯曲角、1.9mm 最小弯曲半径，可适应耳道曲折路径需求；

2.双段解耦运动：近端与远端段运动完全解耦，且节段间串扰误差几乎可忽略不计。可实现空间 4 自由度弯曲，形成可编程C/S形三维构型。

3.精准误差补偿：研发专属混合补偿策略，解决线缆变形、摩擦带来的非线性迟滞问题，将弯曲角最大跟踪误差降至 0.82°；同时支持刚度可调，在 50 倍自重载荷下，远端尖端挠度仅 0.18mm，有助于提升操作过程中的位置稳定性。

DS-MDCR的设计与性能表征

# 关键配套：微针 + 感知技术，提升微尺度操作精度

机器人的核心执行单元——集成光纤布拉格光栅（FBG）传感器的微针系统，更是提升了微尺度操作精度，并增强术中交互感知能力：

• 高精度穿刺：采用阶梯变径金属微针，搭配精密线性进给驱动机构，精准控制穿刺深度，以降低耳蜗损伤风险；

• 实时交互感知：微针集成的 FBG 传感器，实现分辨率约 1mN 的轴向力实时检测，可清晰区分膜接触、变形、穿孔等手术阶段，甚至能识别微针与圆窗龛、骨性结构的接触，对视觉信息形成补充；

• 高效流体操作：梯度管腔结构让流体输送效率提升 14 倍，可稳定完成不同粘度液体的注射与抽吸，兼顾微取样与靶向给药双重临床需求。

具备交互状态感知的独立自由度穿刺微针系统

# 层层验证：从尸体标本到在体动物的实验验证

人体头部标本内耳微创穿刺

为评估系统的操作性能与安全性，团队开展了多维度实验，进一步开展了多项实验验证：

1.人体尸体标本实验：在 4 例人头标本中，机器人经耳道＜3mm 的鼓膜小切口，成功完成 S 形路径导航和圆窗膜精准穿刺，全程未接触听小骨等关键结构，线缆张力感知可清晰识别组织接触等关键手术事件，验证了器械的灵巧性和操作安全性；

2.犬类在体实验：在 5 只实验犬中完成经耳道内耳穿刺、外淋巴取样和耳蜗内药物注射，术后动物运动、平衡功能未见明显异常；听力阈值变化为1±4.2dB；术后1天圆窗膜穿刺点愈合，7天鼓膜切口自愈合；活体犬类动物实验30天随访结束后，形态学分析结果显示耳蜗基底膜完整，未见明显局部炎症反应。

犬模型体内实验：经耳道低损伤机器人采样与注射技术（TARGET）

值得一提的是，论文将该成果描述为通过自然腔道开展机器人内耳取样与注射的重要探索。该成果为内耳微创机器人技术的进一步发展提供了实验基础。

# 潜在应用方向：为内耳精准干预提供新工具思路

这套由国家重点研发计划支持研发的内耳微创机器人系统，为内耳微创干预技术的后续转化研究提供了新的实验基础：

• 微创路径：经耳道自然腔道操作，避免传统手术的磨骨损伤，鼓膜小切口可自主愈合，在实验研究中显示出降低组织损伤风险的潜力；

• 操作友好：直觉式遥操作设计有助于降低操作学习曲线；系统采用集成化设计，目标是为未来临床应用场景提供便利；

• 远程潜力：遥操作架构的设计为未来远程手术指导与操作提供了技术可能性；

• 应用拓展：研究团队展望，该技术未来或可应用于内耳疾病的早期分子诊断、靶向药物递送，以及为内耳基因治疗、人工耳蜗植入等提供操作平台，为内耳疾病精准诊疗工具的后续研究提供了新的方向。

# 未来展望：持续优化，加速临床转化

目前，团队已围绕系统的进一步优化和临床转化制定明确方向：未来将通过替换FBG传感线缆实现无尺寸增加的力/形状感知、融合术前CT与内镜图像构建增强现实导航界面、引入AI驱动的半自主/自主操作功能，进一步提升系统的精准性和智能化水平；同时通过注塑量产、采用经济型执行器等方式降低成本，推进该系统的临床转化研究。

此次研究成果是机械工程、机器人学与耳鼻咽喉头颈外科跨学科、跨单位协同创新的典范，也是医疗机器人领域跨学科协同研究的代表性成果之一。

致谢：本项目同时得到国家重点研发计划“智能机器人”专项、国家自然科学基金项目、黑龙江省自然科学基金杰出青年项目、黑龙江省重点研发计划项目、北京航空航天大学“双一流”专项基金、上海市耳鼻疾病转化医学重点实验室、上海交通大学医学院附属第九人民医院交叉学科研究项目资助。

附论文链接，供各位读者参考（复制如下链接到浏览器 或 点击文末“阅读原文”）：

https://www.nature.com/articles/s41467-026-72398-5