【推好科技觀察：生命科學(xué)領(lǐng)域與自動(dòng)化科技】自動(dòng)化網(wǎng)推好（TWINHOW）高質(zhì)量發(fā)展聯(lián)盟（平臺(tái)）：1、該機(jī)器人的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了高度機(jī)電一體化集成下的人機(jī)共融，具有重量輕、柔性強(qiáng)、運(yùn)動(dòng)精度高等優(yōu)點(diǎn)。由于其便攜性及安全性，可被靈活部署在社區(qū)衛(wèi)生所、基層醫(yī)院和移動(dòng)救護(hù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程遙操作下的超聲診斷及介入手術(shù)導(dǎo)航，服務(wù)于基層醫(yī)療普惠化需求。2、這項(xiàng)研究基于多中心大樣本定義了穩(wěn)定可重復(fù)的AD亞型，為AD的異質(zhì)性研究提供了新的視角，有望在未來(lái)利用它們?yōu)榕R床決策提供信息，為AD的精準(zhǔn)診療和干預(yù)奠定理論基礎(chǔ)。 

自動(dòng)化所超聲機(jī)器人成功應(yīng)用于心臟介入遠(yuǎn)程交互手術(shù)

7月2日，中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所醫(yī)療機(jī)器人團(tuán)隊(duì)與解放軍總醫(yī)院第六醫(yī)學(xué)中心心血管病醫(yī)學(xué)部協(xié)作，進(jìn)行遠(yuǎn)程超聲機(jī)器人的引導(dǎo)下的卵圓孔未閉封堵術(shù)并取得成功。手術(shù)過(guò)程僅用時(shí)28分鐘，術(shù)中零射線(xiàn)、零造影劑。根據(jù)公開(kāi)報(bào)道，這是國(guó)際上首次應(yīng)用遠(yuǎn)程超聲機(jī)器人完成卵圓孔未閉封堵術(shù)。

　　此次手術(shù)病例為51歲男性患者，反復(fù)發(fā)生不明原因腦梗死，當(dāng)?shù)蒯t(yī)院明確診斷是由于心臟存在卵圓孔未閉，引起心源性腦卒中。當(dāng)?shù)蒯t(yī)院嘗試進(jìn)行卵圓孔未閉封堵術(shù)，但因?yàn)槁褕A孔開(kāi)口位置不理想，導(dǎo)絲難以通過(guò)卵圓孔，手術(shù)未成功，轉(zhuǎn)診至解放軍總醫(yī)院進(jìn)一步治療。解放軍總醫(yī)院第六醫(yī)學(xué)中心心血管病醫(yī)學(xué)部結(jié)構(gòu)性心臟病科主任醫(yī)師王廣義、朱航團(tuán)隊(duì)分析患者病情后，決定啟用中科院自動(dòng)化所研發(fā)的遠(yuǎn)程超聲機(jī)器人系統(tǒng)。

　　該機(jī)器人系統(tǒng)是由中科院自動(dòng)化所自主研發(fā)的串并混聯(lián)式機(jī)器人，具有小型便攜、高靈活性和多冗余自由度等特點(diǎn)。相比傳統(tǒng)構(gòu)型，該機(jī)器人的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了高度機(jī)電一體化集成下的人機(jī)共融，具有重量輕、柔性強(qiáng)、運(yùn)動(dòng)精度高等優(yōu)點(diǎn)。由于其便攜性及安全性，可被靈活部署在社區(qū)衛(wèi)生所、基層醫(yī)院和移動(dòng)救護(hù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程遙操作下的超聲診斷及介入手術(shù)導(dǎo)航，服務(wù)于基層醫(yī)療普惠化需求。

　　7月2日上午，在中科院自動(dòng)化所團(tuán)隊(duì)的全程協(xié)助下，手術(shù)正式開(kāi)始。該科副主任醫(yī)師周浩帶領(lǐng)超聲團(tuán)隊(duì)，在解放軍總醫(yī)院第六醫(yī)學(xué)中心會(huì)議室遠(yuǎn)程遙控位于解放軍總醫(yī)院第一醫(yī)學(xué)中心的超聲機(jī)器人。與此同時(shí)，在遠(yuǎn)程超聲機(jī)器人的精準(zhǔn)定位和指引下，位于解放軍總醫(yī)院第一醫(yī)學(xué)中心的王廣義、朱航主任將導(dǎo)絲順利通過(guò)患者心臟的卵圓孔，圓滿(mǎn)完成卵圓孔未閉封堵手術(shù)。

王廣義（左二）、朱航（左一）在解放軍總醫(yī)院第一醫(yī)學(xué)中心通過(guò)機(jī)器人輔助為患者進(jìn)行手術(shù)。汪馳攝

　　據(jù)悉，此次手術(shù)采用遠(yuǎn)程超聲機(jī)器人進(jìn)行心臟介入手術(shù)，開(kāi)啟了心血管介入遠(yuǎn)程交互手術(shù)的新模式，也是在全球疫情背景下的醫(yī)療革新。遠(yuǎn)程超聲機(jī)器人不受地域限制，既可以應(yīng)用于日常診斷篩查，也可以用于介入術(shù)中的精準(zhǔn)定位與引導(dǎo)，具有重要的臨床應(yīng)用價(jià)值。本次由解放軍總醫(yī)院及中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所合作完成的臨床實(shí)踐也得到了人民日?qǐng)?bào)的報(bào)道。

　　該機(jī)器人系統(tǒng)相關(guān)工作屬于中科院自動(dòng)化所2035創(chuàng)新任務(wù)“超聲引導(dǎo)手術(shù)輔助機(jī)器人”，由侯增廣研究員領(lǐng)導(dǎo)，王雙翌研究員具體負(fù)責(zé)研發(fā)，自動(dòng)化所20級(jí)碩士研究生謝億平、21級(jí)碩士研究生鄧兆錕及郝明瑞參與協(xié)助本次遠(yuǎn)程手術(shù)。

腦網(wǎng)絡(luò)組中心揭示四種不同腦網(wǎng)絡(luò)損傷模式的阿爾茨海默病亞型

2022年6月，Biological Psychiatry在線(xiàn)發(fā)表了題為《Four distinct subtypes of Alzheimer's disease d on resting-state connectivity biomarkers》的研究。該研究基于多中心功能磁共振影像，揭示了4種具有不同腦網(wǎng)絡(luò)損傷模式的阿爾茨海默病亞型，并系統(tǒng)評(píng)估了不同亞型在功能連接、腦萎縮和認(rèn)知能力上的差異。 

　　研究背景 

　　阿爾茨海默病（Alzheimer’s disease, AD）俗稱(chēng)老年癡呆，是多發(fā)于老年人群中的一種神經(jīng)退行性疾病。隨著老齡化的來(lái)臨，AD的發(fā)病率逐年升高，越來(lái)越成為不可忽視的健康問(wèn)題。目前還沒(méi)有有效的AD治療手段，早診斷早干預(yù)顯得十分重要。 

　　AD在病理分布、腦萎縮以及臨床表現(xiàn)等方面具有較大的異質(zhì)性，這些異質(zhì)性造成了對(duì)疾病的誤診以及對(duì)藥物研究的阻礙。AD患者通常會(huì)出現(xiàn)涉及多個(gè)腦功能網(wǎng)絡(luò)的腦活動(dòng)異常，造成認(rèn)知能力的嚴(yán)重下降。然而，AD的腦網(wǎng)絡(luò)異常的異質(zhì)性與其所對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)改變、認(rèn)知能力下降的關(guān)系尚不明確。 

　　方法概述 

　　研究采用國(guó)內(nèi)多家醫(yī)院合作建立的MCAD數(shù)據(jù)庫(kù)和美國(guó)ADNI公開(kāi)數(shù)據(jù)庫(kù)的共1100例數(shù)據(jù)進(jìn)行了系統(tǒng)研究。本研究基于前期發(fā)現(xiàn)的AD異常腦網(wǎng)絡(luò)（Jin et al, 2020），使用非負(fù)矩陣分解（NMF）方法將AD患者聚類(lèi)得到不同的AD亞型，隨后對(duì)各個(gè)亞型的功能異常、結(jié)構(gòu)萎縮和縱向改變進(jìn)行了評(píng)估。基本研究框架如下（圖1）： 

圖1. 研究框架 

　　主要結(jié)果 

　　1. AD功能網(wǎng)絡(luò)亞型 

　　基于AD的異常功能網(wǎng)絡(luò)，本研究在兩個(gè)數(shù)據(jù)集上發(fā)現(xiàn)了穩(wěn)定、可重復(fù)的4個(gè)AD功能亞型（圖2）。每個(gè)亞型對(duì)應(yīng)一個(gè)代表性腦網(wǎng)絡(luò)（RFN），分別為前額葉網(wǎng)絡(luò)、默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)、扣帶回相關(guān)網(wǎng)絡(luò)和基底神經(jīng)節(jié)相關(guān)網(wǎng)絡(luò)。 

　　2. AD亞型功能網(wǎng)絡(luò)損傷模式 

　　進(jìn)一步，研究發(fā)現(xiàn)4個(gè)AD亞型的功能網(wǎng)絡(luò)損傷模式存在顯著差異（圖3）。 

　　相比于正常老年人，亞型1具有輕微但彌漫全腦的功能網(wǎng)絡(luò)異常；亞型2的功能網(wǎng)絡(luò)異常主要集中于默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)且伴隨前額葉網(wǎng)絡(luò)的異常升高；亞型3在前扣帶回相關(guān)的功能網(wǎng)絡(luò)中存在顯著降低，同時(shí)具有前額葉網(wǎng)絡(luò)的異常升高；亞型4的功能網(wǎng)絡(luò)降低集中于雙側(cè)基底神經(jīng)節(jié)，其伴隨前額葉網(wǎng)絡(luò)的異常升高（圖3A）。更重要的是，除了彌漫性損傷的亞型以外，其他亞型的特異性損傷模式在MCAD和ADNI數(shù)據(jù)集上具有高度可重復(fù)性（圖3B）。除此以外，各個(gè)亞型的腦網(wǎng)絡(luò)損傷特異于其對(duì)應(yīng)的RFN，在其他亞型的RFN中損傷較輕微（圖3C）。 

　　鑒于兩個(gè)數(shù)據(jù)集間亞型對(duì)應(yīng)的RFN和腦網(wǎng)絡(luò)損傷模式高度一致性，后續(xù)統(tǒng)計(jì)將兩個(gè)數(shù)據(jù)集進(jìn)行合并研究。 

　　3. AD亞型人口學(xué)及認(rèn)知特征 

　　在人口學(xué)特征上，4個(gè)亞型在所有數(shù)據(jù)站點(diǎn)和數(shù)據(jù)庫(kù)中均有分布，并且在性別比例上不存在顯著差異。而在年齡分布上，亞型3相對(duì)年長(zhǎng)于亞型1和亞型2。在認(rèn)知功能上，亞型1的認(rèn)知能力最好，亞型3和亞型4次之，亞型2的認(rèn)知能力最差。進(jìn)一步利用ADNI的隨訪(fǎng)信息，發(fā)現(xiàn)盡管亞型1認(rèn)知能力較好，但其疾病進(jìn)展仍舊很快。認(rèn)知能力相對(duì)差的亞型3的認(rèn)知能力保持最好。各個(gè)亞型在不同的認(rèn)知領(lǐng)域上具有不同軌跡，例如在視覺(jué)空間能力上，亞型1具有比亞型3更慢的下降速度。結(jié)果表明識(shí)別腦網(wǎng)絡(luò)的異質(zhì)性有助于辨別不同的認(rèn)知損傷模式，未來(lái)有望實(shí)現(xiàn)更加精準(zhǔn)地施以干預(yù)措施，更加有效地減緩疾病進(jìn)程。 

　　4. AD亞型腦萎縮特征 

　　在亞型間的腦萎縮比較上，亞型1顯示了最輕的腦萎縮，亞型2顯示了最嚴(yán)重的萎縮，亞型3和亞型4具有類(lèi)似的萎縮程度但具有不同的萎縮模式。亞型1在海馬區(qū)域具有和其他亞型類(lèi)似的損傷程度，但在其他腦區(qū)具有更輕微的萎縮；亞型2在左側(cè)顳葉、楔前葉以及中央旁小葉上具有最嚴(yán)重的萎縮；亞型3在扣帶回具有最嚴(yán)重的萎縮；亞型4在右側(cè)顳葉和枕葉具有最嚴(yán)重的萎縮。結(jié)果表明，不同的腦網(wǎng)絡(luò)亞型對(duì)應(yīng)不同的腦萎縮模式，反映了潛在的不同病理機(jī)制。 

　　主要結(jié)論 

　　這項(xiàng)研究基于多中心大樣本定義了穩(wěn)定可重復(fù)的AD亞型，為AD的異質(zhì)性研究提供了新的視角，有望在未來(lái)利用它們?yōu)榕R床決策提供信息，為AD的精準(zhǔn)診療和干預(yù)奠定理論基礎(chǔ)。  

　　中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所腦網(wǎng)絡(luò)組博士研究生陳品東和中國(guó)人民解放軍總醫(yī)院的姚洪祥副主任醫(yī)師為本文共同第一作者。北京郵電大學(xué)人工智能學(xué)院劉勇教授和中國(guó)人民解放軍總醫(yī)院周波副主任醫(yī)師為本文的共同通訊作者。阿姆斯特丹自由大學(xué)的Betty M. Tijms教授，齊魯醫(yī)院的王大偉博士、宋承遠(yuǎn)博士，天津環(huán)湖醫(yī)院的周玉穎教授、韓彤博士、王盼博士，首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院的盧潔教授、韓瓔教授、楊宏偉博士，解放軍總醫(yī)院的張熙教授、張?jiān)鰪?qiáng)博士，北京航空航天大學(xué)博士研究生趙坤,天津醫(yī)科大學(xué)于春水教授，北京師范大學(xué)劉冰教授，中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所腦網(wǎng)絡(luò)組的蔣田仔研究員、樊令仲研究員及研究生康孝鵬、杜凱、曲怡達(dá)等對(duì)本研究亦有重要貢獻(xiàn)。 

　　本研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、北京市自然科學(xué)基金和中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專(zhuān)項(xiàng)資金等項(xiàng)目大力支持。 

　　參考文獻(xiàn) 

　　Chen et al., Four distinct subtypes of Alzheimer's disease d on resting-state connectivity biomarkers. Biological Psychiatry, 2022 

　　Jin D, et al.,. Grab-AD: Generalizability and reproducibility of altered brain activity and diagnostic classification in Alzheimer's Disease. Hum Brain Mapp. 2020;41(12):3379-3391.