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卢旺盛|血管介入机器人的现状与未来


_本文原题：血管介入机器人的现状与未来
01#血管介入机器人是什么？
血管介入是在医学影像设备的导引下 ， 利用穿刺针 ， 导丝 ， 导管等器械经血管途径进行诊断与治疗的操作技术 。 但传统的血管介入医生长期暴露于X射线的电离辐射下 ， 长期穿着沉重的铅衣导致介入医生骨骼系统受到损伤 ， 这此不足能否得到改善？随着智能科技和医学的飞速发展以及学科间的交互渗透 ， 使得血管介入机器人的发展成为现实 。
血管介入机器人实质是外科手术机器人与血管介入技术的有机结合 。 机器人操纵介入手术器械 ， 它可以工作在对医生不利的环境 ， 参照医疗图像精确定位 ， 能够没有颤动地执行持续动作 ， 同时快速、准确地通过复杂的轨迹 ， 精确定位到达目标血管 ， 最后在医生的指挥下或自主地完成血管介入手术 。
血管介入机器人技术有两个方向：操控特殊血管腔内介入器具时代 ， 如SenseiX系列、Magellan系统 ， 利用磁控（磁导航）或特殊的介入器械完成 。 无法进行普通球囊、支架等各类腔内操作 ， 完成度差 ， 血管腔内介入手术的大部分操作仍然需要人手完成 。 操控通用商品化血管腔内介入器具时代 ， 如Amigo系统和CorPath系统 ， 无需特殊器械 ， 可以广泛应用 。
卢旺盛|血管介入机器人的现状与未来
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Corindus二代产品CorPath?
02#血管介入机器人有哪些优势？不足？
血管介入机器人相较人工有一些独特的优势 。 它不仅增强射线防护、减少射线辐射损伤 ， 同时使得血管介入手术更趋于精确和微创 ， 在手术精确定位、手术质量等方面将带来一系列的技术变革 ， 对介入医学的发展产生深远的影响 。 整体上介入机器人符合人体工程学的视觉效果 ， 具有自动辅助技术、亚毫米级精度和1mm精度定位等特点 ， 同时对器械的固定放置与操作具有一定优势 。
血管介入机器人具有优势：（与传统介入相比）射线防护：减少医师和患者的辐射剂量；精准操作 ， 临床效果提高 。 利用图像导航和机械辅助操作 ， 精准定位病变 ， 优化器械输送 ， 器械到位时间缩短 ， 手术精确度提高 ， 减少手术并发症；医患隔离 ， 减少医患之间接触 ， 降低交叉感染 ， 减少传染性疾病的传播；对于传染病患者 ， 机器人可以远程完成手术 ， 降低感染风险；手术掌控 ， 优化流程；由人机交互变成机机交互；提供真正“远程”手术的潜力 。
血管介入机器人的不足 ， 当然也是存在的 。 目前缺少相应的力觉反馈机制是最大的不足 ， 视觉与图像补偿有一定作用 ， 但离实际反馈还有距离；同时它有一个学习曲线 ， 对年长医生需要一个适应过程；操作模块单一或有限 ， 需要不断地更新与拓展；伦理学问题 。
卢旺盛|血管介入机器人的现状与未来
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【卢旺盛|血管介入机器人的现状与未来】

介入机器人在心脏介入方面的应用
03#血管介入机器人与临床有多远？
血管介入机器人在心脏介入方面的工作：
1、2006年 ， 以色列海法医院成功研制出用于心血管介入的手术机器人Remotenavigationsystem(RNS) ， 该系统采用多组摩擦轮分别递送导引导丝和球囊支架导管 ， 并首次开展了临床实验 。
2、美国医疗机器人公司CorindusVascularRobotics在RNS的基础上研发出了其初代产品Corpath200 ， 于2012年获得了FDA批准上市用于PCI 。 2016年第四季度Corindus的二代产品CorPath?获得了FDA批准上市用于PCI 。 主要包括床旁装置和远程工作区；通用配置平台 ， 一次性操纵盒 ， 其内包含滚轮 ， 消毒后可以装载导丝、导管、球囊等相关器具 。 CorPath?在全球50多个心血管项目中有8,000例 ， 研究表明：CORA-PCI试验证明复杂病例的临床成功率为99.1％ ， PCI的手术时间也相当；使用CorPath?可准确测量冠状动脉解剖结构 ， 不必要的额外支架的使用减少8.3％；同时减少患者和医生的辐射 。 2019年8月8日 ， 西门子医疗宣布以11亿美元大手笔收购美国医疗机器人公司CorindusVascularRobotics ， 进入应用推广期 。
3、2019年2月 ， 法国Robocath公司开发的血管介入手术机器人R-One?获得了CE认证用于PCI ， 并于同年9月开始临床使用 。 R-One?是欧洲第一个在介入心脏病学领域获得CE标志的机器人解决方案 。 该机器人通过与现有方法相辅相成的精密技术来辅助介入医生进行支架置入术 。 2020年10月29日微创（上海）医疗机器人公司与Robocath公司达成战略合作 ， 成立血管介入医疗机器人合资公司 ， 它将立即启动临床试验 ， 促使R-One?早日在中国获批上市 。
4、海军军医大学第一附属医院陆清声团队与上海交通大学王坤东团队采用了全新的开放式结构设计 ， 开发一款通用型血管腔内介入手术机器人 。
血管介入机器人在神经介入方面的工作：
1、2019年CorPathGRX开始应用于神经介入临床 ， 应于动脉瘤的介入栓塞过程 。 2019年MendesPereiraV在JNeuroInterventSurg上首次报导 ， 应用血管介入机器人（CorpathGRX）完成基底动脉主干小脑上动脉瘤的支架辅助栓塞治疗 ， 手术顺利 ， 无并发症 。 这是神经介入治疗领域的一个重要里程碑 ， 为远程机器人神经介入手术的发展打开了大门 。
2、2020年8月费城托马斯杰斐逊大学医院神经外科的JoshuaH.Weinberg等人比较了经桡动脉（TR）入路的机器人辅助（RA）颈动脉支架置入术（CAS）和人工TR-CAS ， 评估了RA-TR-CAS的可行性、安全性和有效性 ， 相关结果已于2020年8月发表于JNeurosurgery 。 结果表明机器人Corpath辅助经桡动脉颈动脉支架置入术是可行的 ， 具有一定程度的安全性和有效性 。 在广泛使用之前 ， 需要针对神经血管进行工程和软件方面的调整 ， 完全远程控制对于病人在卒中和动脉瘤破裂等情况下进行急诊手术以及提高手术精确度具有重要意义 。
3、2015年北京航空航天大学（王田苗、刘达）、北京理工大学（郭书祥）、海军总医院（田增民、卢旺盛）与北京医院（王大明）共同在国家863项目资助下研发中国首款血管介入机器人 ， 并成功完成全脑血管造影临床手术 。
4、国产“鲁班”是由北京天坛医院李佑祥教授临床研究团队联合北京理工大学肖楠教授的机器人技术团队共同打造 ， 主要应用于神经介入领域 ， 整个项目在研发实施过程中实现了对同构式多器械协同管丝递送、无菌隔离非固联传动等多项微创介入手术机器人关键技术的突破 ， 临床应用正在有序地推进 。
5、河南省人民医院李天晓教授与苏黎世联邦理工大学合作的NAVION血管内介入机器人 ， 主要是通过磁导航远程控制专有的形变导管进行介入操作 ， 目前已经通过体外实验 ， 正在向动物实验和临床实验迈进 。
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MendesPereiraV的全球首例机器人辅助动脉瘤栓塞术
04#血管介入机器人的边界
机器人的能力在不断地增强 ， 这种能力是无穷的吗？答案是否定的 。
人的能力是有限的 ， 手术机器人也存在一定的边界 。 技术的进步一直在消解这个边界 ， 但这个边界却始终存在 。 负荷能力：无法从事更大能力的操作或更微弱的操作；运动能力：自由度不够、运动范围不够、无法完成复杂动作；精度控制：误差不可容忍 ， 需要各种校准或修正；容错能力：突发事件无法响应、错误响应；交互反馈：传感器、力反馈能力受限；实时性：数据传输处理延迟、同步及协调跟不上；生物仿真：只能做到仿 ， 做不到真；
只有充分理解真实的临床需求与目前技术的边界与能达到的高度 ， 才能融合成实用的医疗机器人 。 对于血管介入这一特殊的领域 ， 微导管和微导丝的运动控制、到位精度提高、以及力反馈均较腹腔镜机器人有更高的要求 。 不过在人工智能技术快速发展的今天 ， 我们有理由相信借助AI ， 必能赋能健康中国 。
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Robocath公司开发的血管介入手术机器人R-One?
05#血管介入机器人的未来
5G、人工智能、大数据、自动化技术的快速发展 ， 将大大促进医疗机器人的发展 。 血管介入手术机器人的设计要适应商品化的血管腔内器具 ， 同时血管腔内器具的再开发也要适应机器人的特性；血管介入机器人的图像引导、智能测量、智能手术规划、高精度3D跟踪定位及可视化技术（与腔内影像技术的融合） ， 实现术中实时标定、配准和导航；血管介入机器人操作介入器械到达靶区的灵活性与准确性 ， 智能耗材的引入（可操纵微导管）；力觉的直接体现与力反馈的视觉补偿加强；血管介入机器人更加注重轻量化、微型化、精密集成、灵巧机器人机构构型创新设计；血管介入机器人系统集成面向具体的手术流程需求、遥控操作及远程手术操作；血管介入机器人与人工智能技术、互联网和大数据的结合 。 随着磁控技术与纳米软体机器人技术进步 ， 磁导航血管介入机器人可能是另一个方向 。
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血管介入机器人的未来
血管介入作为现代医学发展最为迅速的一个分支 ， 随着5G技术的发展、人工智能的快速进展 ， 未来血管介入机器人或可以实现跨地区手术 ， 并开创外科机器人的一片新天地 。
参考文献：
1.MahmudE,etal.DemonstrationoftheSafetyandFeasibilityofRoboticallyAssistedPercutaneousCoronaryInterventioninComplexCoronaryLesions:ResultsoftheCORA-PCIStudy.JACCCardiovascInterv.2017Jul10;10(13):1320-1327.
2.MendesPereiraV,etal.First-in-human,robotic-assistedneuroendovascularintervention.JNeurointervSurg.2020Apr;12(4):338-340.
3.WeinbergJH,etal.Comparisonofrobotic-assistedcarotidstentingandmanualcarotidstentingthroughthetransradialapproach.JNeurosurg.2020Aug28:1-8.


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