针对当前广东省和深圳市疾病介入诊疗一体化系统研发重要技术瓶颈问题，和医院临床的实际需求，建立用于微创诊疗和数字化手术导航等原创性技术积累、工艺实现、实验装置研发和科研设备的核心研发基地；积极拓展与国际一流基础研究、疾病诊疗临床转化研究和手术导航研发的科研机构的合作和交流，使得工程实验室的研发目标、研发方向和研发水平能够与国际领先的实验室接轨。工程实验室建设的同时，积极与深圳市乃至全国的相关企业合作，推进前沿技术在国内的应用，在应用中建立行业和领域的影响力，在应用中鉴定技术的领先性，在应用中发现新的需求和潜在的技术突破点。时刻铭记工程实验室建设和发展需要把握“技术前沿为引领、市场需求为导向、科研应用为目标”的建设方针。
本实验室的发展战略是针对国内外介入式诊疗一体化器械研究中的重要技术瓶颈问题和临床微创手术中对影像引导的实际需求，打造先进的介入式诊断和治疗一体化医疗器械研发工程实验室：在工程实验室的逐步提升过程中，培养一支高水平的研发团队；开展医学影像引导介入诊断、标测、治疗中的核心技术研究；研制出具有完全自主知识产权的超声引导穿刺活检及治疗和心脏疾病三维可视化诊疗系统等介入专用的诊疗一体化关键医疗器械设备；为医疗器械生产厂家研制介入治疗设备提供定制、技术咨询等服务，促进高端生物医疗设备的产业发展；建成一个深圳市对国外进行新技术交流服务的开放式平台。
本实验室的发展思路是：进行多种高端医学影像的临床应用基础研究，包括重大心脑血管疾病和肿瘤的早期诊断方法、图像引导微创技术与器械、图像引导放射治疗新技术等。在顺利实施“影像引导仿生型放疗机器人技术”团队项目的基础上，有效结合中国科学院深圳先进技术研究院的优势资源，建立完善的介入式诊断和治疗一体化医疗器械的工程研究与应用开发平台。其次，在建好的技术平台上进行医学影像引导微创手术一体化诊疗核心技术的研究，并对深圳市企业、科研院所提供介入治疗设备技术咨询服务。再次，通过技术平台的完善及工程实验规模的提升攻克国内介入式诊疗一体化设备需要解决的关键技术，帮助国内的研究机构突破在影像引导诊疗中的技术瓶颈，最终将实验室建成一个面向临床介入式诊疗一体化的原创性技术积累、制备设备和工艺开发的研发基地。工程实验室建设的同时，积极与深圳市乃至全国的相关企业合作，以市场为导向，产业化应用为目标，推动前沿技术在国内的应用，在应用中建立行业和领域的影响力，在应用中鉴定技术的先进性，在应用中发现新的需求和潜在的技术突破点。
工程实验室将针对术中体外超声、术中血管内光声成像系统、低剂量C臂成像、肿瘤和血管相关疾病诊疗、多自由度精密手术器械的设计与控制、主动和沉浸式手术操作系统、人机协同控制等方面的重大需求，围绕一体化介入诊疗系统的关键技术开展系统性的多学科交叉研究，研发新型装置和设备。具体拟突破的技术发展方向如下：
（1）血管内光声成像及易损斑块分析
正如 “Imaging of atherosclerotic cardiovascular disease” 一文（Nature，451, 953-957，2008）所指出，研发可获得成分与生理参数等功能信息的血管内成像技术，已成为当前心血管病临床诊断的迫切需求。因此，本实验室的重点发展方向之一，拟以光声光谱成像技术为核心，重点发展高分辨、高速、小尺寸的成像导管和系统以及定量化的光声光谱分析解谱算法，结合实际的动物离体、活体实验，验证系统的可靠性和算法的有效性，最终实现血管内光声成像技术的临床转化。
（2）影像分析与沉浸式影像导航
影响手术操作和决策的精确性的主要因素之一是三维可视化导航系统及其多模态和多维图像的精确分割与配准技术，在此基础上开发和实现一种基于增强现实技术的沉浸感手术环境，将极大地增强血管介入手术机器人的技术水平和临床价值。结合本项目研发的目标和基本内容，首先需要利用术前的MRA或者CTA等三维图像进行手术前的规划（包括肿瘤、血管，及病灶的分割、手术路径描述、拟定治疗方案）；其次需要实施术中2D/3D-US/DSA图像的智能分割与血管的高速几何重建、并研究基于光声成像的斑块信息提取，实施术中与术前图像的弹性配准与融合。这些内容的研究和实施过程中，需要结合增强现实和可视化技术完善平台技术水平。
（3）多感知介入诊疗器械的操控系统
以介入手术机器人的设计与控制、多信息反馈、安全规避、一体式术中诊疗为核心，开展机器人穿刺/导管/导丝自动置入、介入器械的末端定位/定向与实时引导方式的研发，重点解决智能导管置入机构和机器人介入手术安全保障问题。
智能导管置入机器人系统: 研究提出一种具备线性步进机械装置和传感反馈机制的新型导管置入机器人系统。基于医生操作的现实感和模拟人手操作的需求，研究导管置入系统的步进式传送与导向机构设计及其全闭环实时运动控制策略。设计导管置入过程中的传感反馈机制，建立传感信息融合模型，通过传送机构根部的力传感、导管末端的电磁定位以及医学影像等信息模拟导管与血管间的交互作用，实现高度拟真反馈。
血管介入手术机器人机械和控制系统：根据血管介入手术临床实际操作特点，研发实用的、智能的机器人操控系统，以辅助医生进行导管插入，通过计算机控制装置来实现导管的前进、后退与旋转，操作者根据力觉信息的反馈来调整导管的运动，从而给出相应的回应操作，以避免导管损伤血管和重要器官。同时还需导管置入机构的姿态和位置的精确描述及机器人导管置入机构的示踪和运动趋势监控。
研究介入手术安全的智能保障方案：在介入手术中遇到导管运动速度过快、导管/导丝末端对血管壁挤压力过大时需启动手术安全策略。研究基于动态约束的人机智能协同控制方法，在手术过程中基于传感信息实时生成约束作用并对运动输出进行优化与修正，同时向医生提供触觉反馈以约束遥操作输入，形成双向风险规避机制。
（4）技术输出和产业合作
上述技术和装置申请专利不少于50件；为国内外至少30家医院和企业提供专利、技术、样机、临床解决方案；举办全国性“介入手术”培训班1-2次，推进部分技术产业化。与深圳乃至全国的企业合作，推进产品研发和产业化发展。建设成为国内光控大脑技术的源头创新中心、技术辐射中心和人才培养中心。
