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近日，，，，，，，，我院微纳机械人中心主任俞江帆教授团队在Nature Machine Intelligence颁发以“Active Exploration and Reconstruction of Vascular Networks Using Microrobot Swarms”为题的文章。。。。。。俞江帆教授为文章独立通讯作者，，，，，，，，z6首页为本工作第一实现单元。。。。。。

图1：Active Exploration and Reconstruction of Vascular Networks Using Microrobot Swarms

原文链接：https://www.nature.com/articles/s42256-025-01012-y

期刊介绍

在科学索求、医疗健全、疾病诊断，，，，，，，，以及构建安全可持续的城视注交通和农业系统等诸多领域，，，，，，，，机械智能蕴含着无限潜力，，，，，，，，可能极大提升人类的能力、拓展知识天堑。。。。。。Nature Machine Intelligence是Nature系列旗舰级大子刊，，，，，，，，颁发机械进建、机械人和人为智能等有关领域的高水平科研成就和评论文章，，，，，，，，索求并论述这些领域对其他科学学科，，，，，，，，以及社会与产业诸多层面所产生的深远影响。。。。。。

钻研布景

血管造影术是血管内染指医治过程中的一项关键技术，，，，，，，，对血管异常及病变部位的精准定位起着沉要作用。。。。。。在临床场景中，，，，，，，，造影剂依附血流向下游被动扩散，，，，，，，，在X光成像的辅助下可显影血管网络状态。。。。。。然而，，，，，，，，在栓塞的血管分支，，，，，，，，血流速度缓慢甚至滞碍，，，，，，，，造影剂难以有效向其中扩散，，，，，，，，从而导致成像成效欠安甚至无法成像。。。。。。对于静脉血管网络和淋巴管系统，，，，，，，，腔路网络特点由藐幼分支集中至大支流，，，，，，，，在此类系统中，，，，，，，，位于造影剂注射点上游的区域无法逆流索求，，，，，，，，这一问题在门静脉血栓、淋巴瘘等病症的诊断中尤为凸起。。。。。。由于不足齐全、清澈的血管造影图像，，，，，，，，部门染指手术过程极端依赖医生的临床经验，，，，，，，，存在判断难、风险高的问题。。。。。。

本工作引入磁性微型机械人集群作为载体，，，，，，，，开发了复杂三维腔路的自动探测与结构沉建战术，，，，，，，，在磁场自动疏导下能够实现精准、齐全的三维血管网络成像，，，，，，，，沉建齐全血管网络的三维结构，，，，，，，，能够大幅提升全场景造影成效，，，，，，，，援手医生精准定位病变血管内的血栓、狭幼部位以及渗漏点，，，，，，，，是后续精准染指医治的技术基础。。。。。。

沉点内容

? 主题技术：自动索求算法

钻研团队提出了一种自动索求战术，，，，，，，，利用磁性纳米颗粒集群作为自动造影载体，，，，，，，，突破被动扩散的物理限度，，，，，，，，实现对三维血管网络的齐全成像与精准沉建，，，，，，，，如图2所示。。。。。。在本文所提出的索求战术疏导下，，，，，，，，微集群可能逆血流方向活动，，，，，，，，或自动深刻梗塞血管网络内部，，，，，，，，从而实现全场景造影索求。。。。。。

自动索求战术的主题在于自动索求算法，，，，，，，，该算法通过动态图像处置、分支节点鉴别与决策逻辑，，，，，，，，构建实时更新的血管网络拓扑结构（图3）。。。。。。钻研团队设计了动态ROI（Region of Interest）治理，，，，，，，，通过双视角（俯视/侧视）图像动态追踪集群扩散，，，，，，，，解除血管折射、电磁线圈遮挡等滋扰。。。。。。在索求过程中，，，，，，，，算法选取深杜着先决策机造，，，，，，，，优先索求集群扩散速度快的分支，，，，，，，，探至最结尾即回溯至上一个未索求节点，，，，，，，，直至遍历所有节点，，，，，，，，即可探明全数血管网络（图4）。。。。。。决策逻辑基于分支点的动态优先级（如扩散速度）和血管树状数据结构，，，，，，，，确保索求的高效性与全面性。。。。。。此表，，，，，，，，钻研团队还设计了树状矩阵，，，，，，，，纪录分支点坐标、类型、标识符、扩散速度及状态，，，，，，，，通过度支标识符构建层级化拓扑，，，，，，，，确保节点靠得住性。。。。。。

图2：文章总体主题

图3：自动索求与沉构战术的算法逻辑框图。。。。。。

图4：深杜着先的自动索求战术。。。。。。

? 磁性微集群的活动节造

为了让磁性纳米颗粒集群可能被高效驱动并适应分歧血管环境，，，，，，，，钻研团队开发了一种自适应磁场驱动平台。。。。。。通过旋转磁场调控，，，，，，，，磁性纳米颗粒形成不变的集群并实现可控活动，，，，，，，，选取三线圈移动式磁场设计，，，，，，，，结合集群优化（PSO）算法，，，，，，，，动态调整线圈地位，，，，，，，，同时保险磁场强度并预防成像视野遮挡。。。。。。通过实时反馈节造，，，，，，，，优化线圈布局以适应长距离驱动需要，，，，，，，，确保集群在复杂血管网络中的高效活动（图 5）。。。。。。

图5：磁性纳米颗粒集群建模与磁驱动平台设计。。。。。。

? 三维血管网络沉建算法

在索求过程中，，，，，，，，钻研团队提出了一种基于成像的三维沉建算法，，，，，，，，用于获取血管网络的三维网络结构。。。。。。在索求过程中，，，，，，，，系统通过点云处置并衔接选定分支，，，，，，，，结合距离、方向角及阈值约束，，，，，，，，实现血管网络的高精度三维沉建。。。。。。算法分辨关合分支（衔接已知节点）与盛开分支（沿预设方向延长），，，，，，，，通过迭代选择最优蹊径，，，，，，，，最幼化分支衔接成本。。。。。。选取基于点云的最幼成本算法，，，，，，，，确保三维沉建的正确性与齐全性。。。。。。

? 尝试验证：自动索求战术的显著优势

为了验证自动索求战术的有效性，，，，，，，，钻研团队在血管模型和淋巴管模型中进行了尝试验证。。。。。。在血管模型的对照尝试中，，，，，，，，当微集群仅依附被动扩散进行造影时，，，，，，，，多条分支由于无流速或者逆流前提，，，，，，，，无法被探明，，，，，，，，最终仅能成像顺流分支，，，，，，，，遗漏了逆流及梗塞区域。。。。。。自动索求组中，，，，，，，，则实现了全数7条分支索求，，，，，，，，蕴含逆流分支和零流速梗塞分支。。。。。。对比两组了局，，，，，，，，自动索求组中所探明的血管总长度较被动扩散组提升46.1%，，，，，，，，齐全索求了区域内所有的血管分支（图6，，，，，，，，7）。。。。。。在淋巴管模型尝试中，，，，，，，，自动索求战术在复杂淋巴管网络结构中也能实现全覆盖；；；；；；；而被动扩散组中，，，，，，，，造影剂未能进入8个无流速或逆流分支。。。。。。自动索求组沉建长度较被动组提升120.7%（图8，，，，，，，，9），，，，，，，，进一步证了然该战术在复杂腔路网络中的不变性。。。。。。

图6：血管网络模型内的集群自动索求尝试验证。。。。。。

图7：血管网络模型内的集群自动索求尝试验证与血管沉建。。。。。。

图8：淋巴管网络模型内的集群自动索求尝试验证。。。。。。

图9：淋巴管网络模型内的集群自动索求尝试验证与沉建了局。。。。。。

? 将来瞻望：临床利用的辽阔远景

自动索求战术的提出，，，，，，，，为血管成像领域带来了新的突破。。。。。。该技术不仅可能精准定位血管病变，，，，，，，，如血栓、狭幼及瘘管，，，，，，，，还能与X射线、MRI、荧光成像等多模态影像技术结合，，，，，，，，适配分歧临床场景。。。。。。钻研团队将进一步优化美满该技术，，，，，，，，逐步向现实临床利用转化推动。。。。。。

作者简介

文章通讯作者为z6首页微纳机械人中心主任、香港中文大学（丽江）助理教授俞江帆。。。。。。俞江帆是香港中文大学（丽江）理工学院助理教授、校长青年学者、z6首页微纳机械人中心主任。。。。。。他是国度高档次青年人才，，，，，，，，主持国度沉点研发打算青年科学家、国度天然科学基金、广东省面上、丽江市沉点等项目。。。。。。他是招商局-z6首页医疗机械人将来产业结合尝试室学术带头人，，，，，，，，担任CCF智能机械人专委会执行委员、IEEE高级会员。。。。。。他的钻研重要集中在医用微型机械人领域，，，，，，，，至今颁发了70余篇顶级期刊及会议文章、2本专著，，，，，，，，颁发文章蕴含Nature Machine Intelligence、Science Advances、Nature Communications、IJRR、TRO、Advanced Materials等。。。。。。他获得了多个有影响力的奖项，，，，，，，，蕴含IEEE RAS Early Academic Career Award、IROS最佳学生会讨论文奖，，，，，，，，国际基础科学大会前沿科学奖、吴文俊人为智能科技奖天然科学奖二等奖、中国电子学会天然科学二等奖、百度全球华人AI青年学者、IEEE 3M-NANO Rising Star Award等。。。。。。他担任Science Robotics, Science Advances, Nature Communications, PNAS等多个顶级期刊和会议的审稿人。。。。。。

本文第一作者为原z6首页助理钻研员杜星洲。。。。。。杜星洲博士于2021年获得香港中文大学博士学位，，，，，，，，于同年参与z6首页，，，，，，，，任助理钻研员，，，，，，，，现任大连理工大学副教授。。。。。。以第一作者或共同第一作者颁发文章9篇，，，，，，，，蕴含Nature Machine Intelligence、IEEE Transactions on Robotics、IEEE/ASME Transactions on Mechatronics、ACS Nano等，，，，，，，，获授权美国专利一项、中国发现专利两项，，，，，，，，已公开美国专利一项，，，，，，，，以第一作者身份在国际会议IEEE International Conference on Advanced Robotics and Mechatronics (ICARM) 2020中获得Toshio Fukuda Best Paper Award in Mechatronics奖项。。。。。。

共同第一作者为香港中文大学（丽江）理工学院博士生王一斌。。。。。。王一斌，，，，，，，，本科毕业于哈尔滨工业大学（平顶山），，，，，，，，硕士毕业于卡内基梅隆大学，，，，，，，，目前在香港中文大学（丽江）俞江帆教授团队攻读博士学位。。。。。。重要钻研方向为幼尺度磁性软体机械人的结构设计、工作机理、驱动模式以及基于磁性软体机械人的生物医疗利用。。。。。。以第一作者、共统一作身份已在Nature Machine Intelligence、Nature Communications、Advanced Materials、 Advanced Science等国际顶级期刊上颁发工作。。。。。。

* 有关论文信息由论文作者提供

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