近期，中国科学院深圳先进技术研究院医工所微创中心的科研团队，由研究员王磊主导，针对微创手术中的关键挑战，即如何实现对活体组织的精确力反馈与肿块定位，展开深入研究。研究成果以《基于布拉格光栅光纤传感原理的微创手术力传感器开发：离体组织触诊案例研究》为题，发表于《IEEE仪表与测量杂志》。

随着医疗技术的不断进步，微创手术（MIS）已成为临床实践的主流趋势。尽管如此，传统手术中存在的问题仍然与MIS密切相关，如医护人员在手术室可能暴露于辐射及整形外科风险之中。为解决这一难题，机器人辅助的微创手术技术应运而生，相较于传统MIS，它提供了更安全的解决方案。然而，这种技术也带来了新的挑战，特别是在机器人操作过程中，外科医生的触觉感知被削弱。

在传统手术中，医生依赖触觉来识别器官异常，判断其内部是否存在肿瘤或肿块。而随着医疗机器人的广泛应用，获取此类触觉信息的能力并未得到有效整合，这要求机器人具备更高的精确度和敏感度以提供触觉反馈。科研团队据此提出了一种基于布拉格光栅光纤（FBG）的高灵敏度传感方案，旨在为MIS中的组织触诊提供支持，该方案与现有的电容式传感器相比，具有与磁共振（MR）系统和成像系统兼容的优势。

为了实现这一目标，团队设计了一种用于MIS的新型一维远程力传感器，其中集成的双光栅元件能有效解耦传感器在使用过程中的应变和温度影响，从而实现更为精准的力觉检测。基于双光栅元件的结构设计，研究人员构建了相应的柔性结构理论模型，并利用fmincon函数进行优化设计，确定了关键参数。通过有限元法分析，验证了柔性件的静态和动态特性，确保了其可行性。

为进一步提升传感器性能，团队采用前馈神经网络对数据进行标定，该模型能够精准预测力与波长偏移量之间的关系。此外，还进行了温度补偿实验，证实了双光栅元件在温度解耦方面的有效性。实验结果显示，FBG传感器在1牛顿范围内能感知力值变化，且平均相对误差低于满量程的2%，温度补偿后的误差为0.8毫牛顿。在实际应用中，团队对猪肝器官进行了组织触诊实验，以验证传感器设计在MIS中的有效性和实用性。

通过此研究，团队成功实现了对活体组织的精确力反馈与肿块定位，提出了有效的温度解耦方案与传感器标定方法，为MIS中的手术机器人提供了关键的触觉信息检测技术，有望促进手术机器人在介入式医疗领域的手术路径导航与机器控制方面的发展与应用。

此研究得到了国家自然科学基金及深圳市科技计划项目的资助。