最近，中国科学院深圳先进技术研究所医学与工程研究所微创中心研究员王磊，在布拉格光栅光纤传感原理在微创手术中的应用研究——活体组织触诊中，实现了活体组织的精确力信息反馈和海量信息的定位与检测。相关研究成果基于光纤布拉格光栅的微创手术力传感器的研制——体外组织触诊案例研究发表于IEEE仪器和测量事务来吧
随着医学技术的飞速发展，微创手术逐渐成为现实。然而，传统手术中发现的一些问题仍然与MIS有关。例如，在微创手术期间，医务人员暴露于辐射和手术室中发现的辐射整容手术危险机器人辅助微创手术的引入已经成为比传统微创手术更好的选择；然而，机器人辅助手术的过程伴随着外科医生失去接触。外科医生操作机器人进行微创手术。在手术过程中，医生无法直接接触人体组织和分析人体器官，因此无法保证手术的可靠性。在传统手术中，医生通过触摸来感知器官的异常，然后判断器官中是否有肿瘤和肿块。但是医用机器人由于机器人的普及，这些可用的触觉信息尚未有效地集成到机器人辅助的微创手术中，因此机器需要更高精度和灵敏度的触觉信息反馈。在此基础上，深圳高等专科学校的研究人员提出了一种用于微创手术中组织触诊的高灵敏度布拉格光栅光纤（FBG）传感方案，该方案不同于以往的电容传感方案，光纤传感器操作时与磁共振（MR）系统和成像系统兼容。
因此，设计了一种用于微创手术的一维远端力传感器。其中，传感器结构中嵌入了双光栅元件，可以在使用过程中解耦应变和温度对传感器的交叉影响，从而实现更精确的力检测。在研究中，基于双光栅元件的结构设计，研究人员推导了相应的柔性结构理论模型。采用fmincon该函数用于基于物理模型的柔性零件优化设计，确定了结构的关键参数。使用有限元法分析了柔性件的静动态特性，从理论上验证了柔性件的可行性。为了进一步提高传感器性能，并基于前馈神经网络对数据进行校准，该网络模型能够准确预测功率和波长偏移之间的关系。这项研究也进行了温度补偿实验表明，双光栅元件可以有效地测量温度脱钩程序实验结果表明，该光纤光栅传感器可以在1n范围内感知力值，平均值为相对误差小于满量程的2%；温度补偿后的误差为0.8MN。研究人员进一步在猪肝器官上进行了组织触诊实验，以验证所提出的传感器设计在微创手术中的有效性和适用性。
本研究实现了组织触诊中器官质量信息的精确力反馈和定位检测，提出了一种新的温度解耦方案和传感器标定方法，为微创外科手术机器人触觉信息检测提供了有效的技术途径，有望推动手术机器人在介入医学手术路径导航和机器控制中的应用。
课题研究得到中国国家自然科学基金和深圳科技计划的支持。
图1光纤光栅传感器三维示意图
图2FBG传感器用于组织触诊检测的实验地图和数据。1个FBG传感器用于组织触诊检测的实验地图和数据
资料来源：中国科学院深圳先进技术研究所
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