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
