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克日，，，，，我院微纳机械人中心主任俞江帆教授团队在Nature Machine Intelligence揭晓以“Active Exploration and Reconstruction of Vascular Networks Using Microrobot Swarms”为题的文章。。。。。。。俞江帆教授为文章自力通讯作者，，，，，优德官网为本事情第一完成单位。。。。。。。

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

期刊先容

在科学探索、医疗康健、疾病诊断，，，，，以及构建清静可一连的都会、交通和农业系统等诸多领域，，，，，机械智能蕴含着无限潜力，，，，，能够极大提升人类的能力、拓展知识界线。。。。。。。Nature Machine Intelligence是Nature系列旗舰级大子刊，，，，，揭晓机械学习、机械人和人工智能等相关领域的高水平科研效果和谈论文章，，，，，探索并叙述这些领域对其他科学学科，，，，，以及社会与工业诸多层面所爆发的深远影响。。。。。。。

研究配景

血管造影术是血管内介入治疗历程中的一项要害手艺，，，，，对血管异常及病变部位的精准定位起着主要作用。。。。。。。在临床场景中，，，，，造影剂依赖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形态。。。。。。。然而，，，，，在栓塞的血管分支，，，，，血流速率缓慢甚至障碍，，，，，造影剂难以有用向其中扩散，，，，，从而导致成像效果不佳甚至无法成像。。。。。。。关于静脉血管网络和淋巴管系统，，，，，腔道网络特征由细小分支荟萃至大支流，，，，，在此类系统中，，，，，位于造影剂注射点上游的区域无法逆流探索，，，，，这一问题在门静脉血栓、淋巴瘘等病症的诊断中尤为突出。。。。。。。由于缺乏完整、清晰的血管造影图像，，，，，部分介入手术历程极端依赖医生的临床履历，，，，，保存判断难、危害高的问题。。。。。。。

本事情引入磁性微型机械人集群作为载体，，，，，开发了重大三维腔道的自动探测与结构重修战略，，，，，在磁场自动指导下可以实现精准、完整的三维血管网络成像，，，，，重修完整血管网络的三维结构，，，，，可以大幅提升全场景造影效果，，，，，资助医生精准定位病变血管内的血栓、狭窄部位以及渗漏点，，，，，是后续精准介入治疗的手艺基础。。。。。。。

重点内容

? 焦点手艺：自动探索算法

研究团队提出了一种自动探索战略，，，，，使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制，，，，，实现对三维血管网络的完整成像与精准重修，，，，，如图2所示。。。。。。。在本文所提出的探索战略指导下，，，，，微集群能够逆血流偏向运动，，，，，或自动深入梗塞血管网络内部，，，，，从而实现全场景造影探索。。。。。。。

自动探索战略的焦点在于自动探索算法，，，，，该算法通过动态图像处置惩罚、分支节点识别与决议逻辑，，，，，构建实时更新的血管网络拓扑结构（图3）。。。。。。。研究团队设计了动态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，，，，，消除血管折射、电磁线圈遮挡等滋扰。。。。。。。在探索历程中，，，，，算法接纳深度优先决议机制，，，，，优先探索集群扩散速率快的分支，，，，，探至最最后即回溯至上一个未探索节点，，，，，直至遍历所有节点，，，，，即可探明所有血管网络（图4）。。。。。。。决议逻辑基于分支点的动态优先级（如扩散速率）和血管树状数据结构，，，，，确保探索的高效性与周全性。。。。。。。别的，，，，，研究团队还设计了树状矩阵，，，，，纪录分支点坐标、类型、标识符、扩散速率及状态，，，，，通太过支标识符构建层级化拓扑，，，，，确保节点可靠性。。。。。。。

图2：文章总体焦点

图3：自动探索与重构战略的算法逻辑框图。。。。。。。

图4：深度优先的自动探索战略。。。。。。。

? 磁性微集群的运动控制

为了让磁性纳米颗粒集群能够被高效驱动并顺应差别血管情形，，，，，研究团队开发了一种自顺应磁场驱动平台。。。。。。。通过旋转磁场调控，，，，，磁性纳米颗粒形成稳固的集群并实现可控运动，，，，，接纳三线圈移动式磁场设计，，，，，团结集群优化（PSO）算法，，，，，动态调解线圈位置，，，，，同时包管磁场强度并阻止成像视野遮挡。。。。。。。通过实时反响控制，，，，，优化线圈结构以顺应长距离驱动需求，，，，，确保集群在重大血管网络中的高效运动（图 5）。。。。。。。

图5：磁性纳米颗粒集群建模与磁驱动平台设计。。。。。。。

? 三维血管网络重修算法

在探索历程中，，，，，研究团队提出了一种基于成像的三维重修算法，，，，，用于获取血管网络的三维网络结构。。。。。。。在探索历程中，，，，，系统通过点云处置惩罚并毗连选定分支，，，，，团结距离、偏向角及阈值约束，，，，，实现血管网络的高精度三维重修。。。。。。。算法区分闭合分支（毗连已知节点）与开放分支（沿预设偏向延伸），，，，，通过迭代选择最优路径，，，，，最小化分支毗连本钱。。。。。。。接纳基于点云的最小本钱算法，，，，，确保三维重修的准确性与完整性。。。。。。。

? 实验验证：自动探索战略的显著优势

为了验证自动探索战略的有用性，，，，，研究团队在血管模子和淋巴管模子中举行了实验验证。。。。。。。在血管模子的比照实验中，，，，，当微集群仅依赖被动扩散举行造影时，，，，，多条分支由于无流速或者逆流条件，，，，，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。。。。。。。自动探索组中，，，，，则完成了所有7条分支探索，，，，，包括逆流分支和零流速梗塞分支。。。。。。。比照两组效果，，，，，自动探索组中所探明的血管总长度较被动扩散组提升46.1%，，，，，完整探索了区域内所有的血管分支（图6，，，，，7）。。。。。。。在淋巴管模子实验中，，，，，自动探索战略在重大淋巴管网络结构中也能实现全笼罩；；；；；；；而被动扩散组中，，，，，造影剂未能进入8个无流速或逆流分支。。。。。。。自动探索组重修长度较被动组提升120.7%（图8，，，，，9），，，，，进一步证实晰该战略在重大腔道网络中的稳固性。。。。。。。

图6：血管网络模子内的集群自动探索实验验证。。。。。。。

图7：血管网络模子内的集群自动探索实验验证与血管重修。。。。。。。

图8：淋巴管网络模子内的集群自动探索实验验证。。。。。。。

图9：淋巴管网络模子内的集群自动探索实验验证与重修效果。。。。。。。

? 未来展望：临床应用的辽阔远景

自动探索战略的提出，，，，，为血管成像领域带来了新的突破。。。。。。。该手艺不但能够精准定位血管病变，，，，，如血栓、狭窄及瘘管，，，，，还能与X射线、MRI、荧光成像等多模态影像手艺团结，，，，，适配差别临床场景。。。。。。。研究团队将进一步优化完善该手艺，，，，，逐步向现实临床应用转化推进。。。。。。。

作者简介

文章通讯作者为优德官网微纳机械人中心主任、香港中文大学（深圳）助理教授俞江帆。。。。。。。俞江帆是香港中文大学（深圳）理工学院助理教授、校长青年学者、优德官网微纳机械人中心主任。。。。。。。他是国家高条理青年人才，，，，，主持国家重点研发妄想青年科学家、国家自然科学基金、广东省面上、深圳市重点等项目。。。。。。。他是招商局-优德官网医疗机械人未来工业团结实验室学术带动人，，，，，担当CCF智能机械人专委会执行委员、IEEE高级会员。。。。。。。他的研究主要集中在医用微型机械人领域，，，，，至今揭晓了70余篇顶级期刊及聚会文章、2本专著，，，，，揭晓文章包括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，，，，，包括IEEE RAS Early Academic Career Award、IROS最佳学生聚会论文奖，，，，，国际基础科学大会前沿科学奖、吴文俊人工智能科技奖自然科学奖二等奖、中国电子学会自然科学二等奖、百度全球华人AI青年学者、IEEE 3M-NANO Rising Star Award等。。。。。。。他担当Science Robotics, Science Advances, Nature Communications, PNAS等多个顶级期刊和聚会的审稿人。。。。。。。

本文第一作者为原优德官网助理研究员杜星洲。。。。。。。杜星洲博士于2021年取得香港中文大学博士学位，，，，，于同年加入优德官网，，，，，任助理研究员，，，，，现任大连理工大学副教授。。。。。。。以第一作者或配合第一作者揭晓文章9篇，，，，，包括Nature Machine Intelligence、IEEE Transactions on Robotics、IEEE/ASME Transactions on Mechatronics、ACS Nano等，，，，，获授权美国专利一项、中国发明专利两项，，，，，已果真美国专利一项，，，，，以第一作者身份在国际聚会IEEE International Conference on Advanced Robotics and Mechatronics (ICARM) 2020中获得Toshio Fukuda Best Paper Award in Mechatronics奖项。。。。。。。

配合第一作者为香港中文大学（深圳）理工学院博士生王一斌。。。。。。。王一斌，，，，，本科结业于哈尔滨工业大学（威海），，，，，硕士结业于卡内基梅隆大学，，，，，现在在香港中文大学（深圳）俞江帆教授团队攻读博士学位。。。。。。。主要研究偏向为小标准磁性软体机械人的结构设计、事情机理、驱动模式以及基于磁性软体机械人的生物医疗应用。。。。。。。以第一作者、配合一作身份已在Nature Machine Intelligence、Nature Communications、Advanced Materials、 Advanced Science等国际顶级期刊上揭晓事情。。。。。。。

* 相关论文信息由论文作者提供

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