血管介入手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)及研發(fā)現(xiàn)狀

何昊，葉子健，舒暢，3

（1.中南大學(xué)湘雅二醫(yī)院血管外科，湖南長沙410011；2.中南大學(xué)血管病研究所，湖南長沙410011；3.中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院阜外醫(yī)院血管外科，北京100037）

根據(jù)《 中國心血管健康與疾病報(bào)告（2019）》，心血管病危險(xiǎn)因素對(duì)居民健康的影響愈加顯著，心血管病的發(fā)病率仍持續(xù)增高，給居民和社會(huì)帶來的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)日漸加重，已成為重大的公共衛(wèi)生問題[1]。目前微創(chuàng)血管介入手術(shù)已經(jīng)成為治療血管疾病的主流方法[2]。在傳統(tǒng)的血管介入手術(shù)中，醫(yī)生在X 線透視下利用穿刺針、導(dǎo)絲、導(dǎo)管等器械經(jīng)血管途徑進(jìn)行診斷與治療。但是血管介入手術(shù)也存在明顯弊端：⑴醫(yī)生長時(shí)間在X 射線環(huán)境下工作,因職業(yè)風(fēng)險(xiǎn)而罹患不同程度的放射性損傷，如皮膚損傷、白內(nèi)障、脊柱疾病以及誘發(fā)惡性腫瘤和導(dǎo)致基因突變可能[3-5]。⑵由于操作復(fù)雜、手術(shù)時(shí)間長，醫(yī)生為了減少輻射而穿戴的鉛衣也會(huì)帶來操作的不便和關(guān)節(jié)損傷。這些缺點(diǎn)限制了血管介入手術(shù)的廣泛應(yīng)用，外科手術(shù)機(jī)器人與血管介入技術(shù)的有機(jī)結(jié)合的血管介入機(jī)器人系統(tǒng)是解決上述問題的重要途徑。機(jī)器人操縱介入手術(shù)器械，在術(shù)中影像精確定位下，能夠無顫動(dòng)地執(zhí)行持續(xù)動(dòng)作，同時(shí)快速、精確定位到達(dá)目標(biāo)血管，最后在醫(yī)生的操作下或自主地完成血管介入手術(shù)，將醫(yī)生從輻射環(huán)境中解放出來，并且為通過無線連接進(jìn)行遠(yuǎn)程血管內(nèi)介入治療提供了機(jī)會(huì)。在血管外科，介入輔助操作機(jī)器人系統(tǒng)也逐漸開始應(yīng)用于血管腔內(nèi)治療，機(jī)器人的引入能顯著改善介入療效，目前已成為國內(nèi)外研究熱點(diǎn)[6]。本綜述旨在闡述血管介入手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)及其在血管領(lǐng)域的研發(fā)及臨床應(yīng)用現(xiàn)狀、限制性及將來發(fā)展方向。

1 血管介入手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

血管介入手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)主要根據(jù)術(shù)前或術(shù)中的影像數(shù)據(jù)構(gòu)建三維血管內(nèi)外影像，通過建立空間參考坐標(biāo)系以及對(duì)血管分叉處、角度、彈性、斑塊特征的分析，并在手術(shù)過程中跟蹤、定位介入手術(shù)器械，實(shí)現(xiàn)醫(yī)生通過遠(yuǎn)程操作方式在導(dǎo)航系統(tǒng)引導(dǎo)下利用移動(dòng)機(jī)械手臂操作導(dǎo)管導(dǎo)絲等介入器材為患者進(jìn)行精確的血管介入手術(shù)，輔助醫(yī)生高質(zhì)量地完成手術(shù)操作。其所應(yīng)具備的關(guān)鍵技術(shù)如下。

1.1 圖像導(dǎo)航技術(shù)

導(dǎo)航系統(tǒng)是術(shù)者更是血管介入手術(shù)機(jī)器人的眼睛，常規(guī)的血管介入手術(shù)中醫(yī)生通過血管成像來判斷介入手術(shù)器械的位置，執(zhí)行血管介入操作，因此血管成像的精度對(duì)手術(shù)安全十分重要。三維血管影像可多角度顯示病變，避免二維平面投影帶來的圖像不清晰的弊端，更易于醫(yī)生觀察診斷。利用視覺定位系統(tǒng)獲取C 臂的位置參數(shù)是導(dǎo)航系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的前提，雙角度數(shù)字減影血管造影（digital subtraction angiography，DSA）圖像能實(shí)現(xiàn)血管三維快速重建，以此基礎(chǔ)上進(jìn)行導(dǎo)航定位和引導(dǎo)介入手術(shù)。除此以外還可通過術(shù)前計(jì)算機(jī)斷層掃描（computerized tomography，CT） 數(shù)據(jù)和術(shù)中導(dǎo)絲磁定位、送管裝置送管長度等信息，從而獲得術(shù)中導(dǎo)絲在患者血管中的精確位置，并通過三維重建的血管圖像直觀地展現(xiàn)給醫(yī)生。

1.2 機(jī)械臂結(jié)構(gòu)

血管介入手術(shù)屬于精細(xì)操作，因此血管介入手術(shù)機(jī)器人機(jī)械臂在完成把持、定位、推送、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)管等操作時(shí)，同樣應(yīng)具備很高的柔順性和靈活性，同時(shí)完成任務(wù)需要多余個(gè)活動(dòng)度，才能保證導(dǎo)管快速、安全傳遞到病灶區(qū)。傳統(tǒng)的機(jī)器人機(jī)構(gòu)不能滿足這些特征，因此需要開發(fā)具有利用零空間的自運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生不同的關(guān)節(jié)活動(dòng)的機(jī)器人，從而使機(jī)器人能夠躲避障礙、靈活性提高以及獲得較好的動(dòng)力性能等，進(jìn)而適合微創(chuàng)外科手術(shù)復(fù)雜操作的需求[7-8]。

1.3 力反饋系統(tǒng)

手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)與傳統(tǒng)手術(shù)最大的區(qū)別是缺乏手指的直接接觸，觸覺喪失會(huì)使操作者手眼協(xié)調(diào)困難，尤其在血管介入手術(shù)過程中醫(yī)生僅依靠成像難以估計(jì)操作力度，容易造成血管破裂。在血管介入手術(shù)機(jī)器人中結(jié)合力反饋技術(shù)的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)手術(shù)過程的“實(shí)體化”，讓手術(shù)醫(yī)生感覺不到是在遠(yuǎn)程操作，而是直接接觸患者。這就要求同時(shí)解決接觸力的測(cè)量以及如何通過觸覺交互設(shè)備將力反饋到外科醫(yī)生手上的問題。導(dǎo)管與血管壁的接觸力可以通過在導(dǎo)管頂端集成壓力傳感器進(jìn)行測(cè)量，除此以外還可以通過患者外部的傳感器測(cè)量導(dǎo)管的近端力來估計(jì)導(dǎo)管與血管壁的接觸力[9-12]。

1.4 系統(tǒng)安全性能

血管介入機(jī)器人系統(tǒng)在操作過程中應(yīng)避免對(duì)醫(yī)生、患者、周圍環(huán)境造成意外損傷，因此系統(tǒng)的安全性是一個(gè)不容忽視的問題。首先,設(shè)計(jì)機(jī)器人系統(tǒng)的硬件和軟件時(shí)均要設(shè)置保護(hù)措施，以保證發(fā)生特殊情況時(shí)（如突然斷電或地震時(shí)），機(jī)器手臂可以立即制動(dòng)，不會(huì)對(duì)醫(yī)生和患者構(gòu)成傷害，機(jī)器人工作失效時(shí)，醫(yī)生可以接管機(jī)器手臂繼續(xù)完成手術(shù)，而且在手術(shù)進(jìn)行時(shí)，要使機(jī)器人和醫(yī)生協(xié)調(diào)配合、不會(huì)發(fā)生碰撞；其次，手術(shù)之前必須對(duì)手術(shù)區(qū)域進(jìn)行消毒，這就要求機(jī)器人手臂便于裝卸、易于消毒；再次，在控制層面，將采用容錯(cuò)技術(shù)和故障診斷技術(shù)，自動(dòng)完成故障診斷、報(bào)警，從而提高整體手術(shù)過程的安全性。

2 血管介入機(jī)器人系統(tǒng)的研發(fā)進(jìn)展

2.1 國外研發(fā)進(jìn)展

國外有許多研究中心正在研究開發(fā)新型的遙控血管介入機(jī)器人系統(tǒng)，來滿足血管介入外科手術(shù)的需要。 在磁導(dǎo)航技術(shù)發(fā)展方面，美國Stereotaxis 公司開發(fā)的第一代磁導(dǎo)航系統(tǒng)Telstar 和第二代磁導(dǎo)航系統(tǒng)Niob 能夠通過與數(shù)字顯像系統(tǒng)相融合，整合磁鐵旋轉(zhuǎn)、傾斜運(yùn)動(dòng)與操作指令，從而調(diào)整導(dǎo)管角度和彎曲方向，必要時(shí)可重復(fù)同樣操作[13]。另一款磁導(dǎo)航機(jī)器人系統(tǒng)為美國Magnetecs 公司開發(fā)的導(dǎo)管導(dǎo)引控制與圖像（catheter guidance control with images，CGCI） 系統(tǒng)，其特有的組織接觸感應(yīng)過濾設(shè)計(jì)，能輔助導(dǎo)管產(chǎn)生連續(xù)組織接觸，導(dǎo)管滑脫時(shí)能通過快速反饋調(diào)節(jié)指引導(dǎo)管尖端重新接觸組織。但是磁導(dǎo)航式的血管腔內(nèi)手術(shù)機(jī)器人仍有一些缺點(diǎn)：⑴必須應(yīng)用特殊導(dǎo)絲、導(dǎo)管操作，無法進(jìn)行球囊、支架操作，手術(shù)的大部分操作仍然需要人手完成；⑵盡管存在導(dǎo)管尖端接觸反饋，但整個(gè)系統(tǒng)缺少實(shí)時(shí)接觸力反饋；⑶操作的距離和力量有限；⑷設(shè)備龐大，不具備移動(dòng)能力，對(duì)操作環(huán)境，設(shè)施的要求較高，學(xué)習(xí)周期及培訓(xùn)時(shí)間較長。

根據(jù)電機(jī)械原理（即通過電動(dòng)的機(jī)械手）而設(shè)計(jì)的血管腔內(nèi)手術(shù)機(jī)器人相對(duì)而言發(fā)展較晚。美國Hansen 公司開發(fā)并研制的Sensei Robotic Catheter 系統(tǒng)開始用于冠狀動(dòng)脈介入及消融治療，它通過機(jī)械手臂操作特定的導(dǎo)管及導(dǎo)管鞘頭端來控制導(dǎo)管及鞘的運(yùn)動(dòng)[14-15]。Magellan 手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)是Hansen 公司基于Sensei 平臺(tái)進(jìn)行重大改進(jìn)的可遠(yuǎn)程引導(dǎo)的導(dǎo)管系統(tǒng)，主要用于輔助介入治療外周血管疾病，其增加了硬件和軟件集成，以控制導(dǎo)管額外彎曲、導(dǎo)絲運(yùn)動(dòng)及機(jī)器人關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，并配合改進(jìn)的操控導(dǎo)管系統(tǒng)和多關(guān)節(jié)機(jī)器人遠(yuǎn)程導(dǎo)管控制；相比于早期系統(tǒng)，其血管操控導(dǎo)管（vascular control catheter，VCC）更為精細(xì)，直徑要小很多，且成角能力更強(qiáng)，有6 個(gè)自由度操作功能，同時(shí)進(jìn)一步增強(qiáng)了組織觸覺和視覺反饋，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)管頂端完整的旋轉(zhuǎn)能力和獨(dú)立的尖端扭矩控制[16]。CorPath 機(jī)器人系統(tǒng)是美國Corindus 血管手術(shù)機(jī)器人公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)的開放系統(tǒng)平臺(tái)，相比于Hansen 醫(yī)療公司產(chǎn)品，CorPath 系統(tǒng)更早實(shí)現(xiàn)了對(duì)導(dǎo)絲的操控技術(shù)，可對(duì)病灶進(jìn)行亞毫米級(jí)精準(zhǔn)測(cè)量，以便選擇合適支架，減少并發(fā)癥發(fā)生[17]；然而其缺點(diǎn)在于裝載血管介入器具的一次性操縱盒價(jià)格昂貴，可應(yīng)用的介入器具也有限，且缺乏相應(yīng)力觸覺反饋機(jī)制，不能同時(shí)操控一個(gè)以上導(dǎo)絲、球囊或支架。因此實(shí)際應(yīng)用范圍很有限。

2.2 國內(nèi)研發(fā)進(jìn)展

國內(nèi)于10 余年前亦開展了血管介入機(jī)器人的相關(guān)研發(fā)，但部分研究團(tuán)隊(duì)僅是仿制和改進(jìn)國外現(xiàn)有產(chǎn)品，因此也有著相似的臨床應(yīng)用瓶頸。近年來國內(nèi)部分研發(fā)團(tuán)隊(duì)打破原有設(shè)計(jì)思路和應(yīng)用瓶頸，設(shè)計(jì)了新型血管介入機(jī)器人滿足臨床需求。2014年海軍總醫(yī)院田增民教授團(tuán)隊(duì)[18]在應(yīng)用機(jī)器人輔助立體定向手術(shù)1 400 余例和成功進(jìn)行遙控操作外科手術(shù)的基礎(chǔ)上，通過分析血管介入手術(shù)的基本步驟后明確機(jī)器人的特點(diǎn)，并進(jìn)行了相關(guān)設(shè)計(jì)，制成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的血管介入機(jī)器人樣機(jī)，并成功開展了動(dòng)物血管造影研究以及第一次臨床試驗(yàn)暨腹主動(dòng)脈及髂動(dòng)脈造影術(shù)。為了解決機(jī)器手臂抓持不穩(wěn)的問題，有研究根據(jù)手術(shù)具體要求，結(jié)合夾持爪的特點(diǎn)采用模塊化設(shè)計(jì)思想，設(shè)計(jì)了一種一次性可拋、夾持力可調(diào)的夾持爪，可靈活地夾持導(dǎo)管導(dǎo)絲，解決了消毒、打滑、傷害導(dǎo)絲等問題，并實(shí)現(xiàn)的導(dǎo)絲導(dǎo)管不間斷遞送，可進(jìn)一步縮短手術(shù)時(shí)間[19]。2018年Bao 等[20]設(shè)計(jì)了一款新型遙控血管介入機(jī)器人，設(shè)計(jì)主-從操作系統(tǒng)，導(dǎo)管及導(dǎo)絲多單元控制，壓力傳感器與導(dǎo)管導(dǎo)絲靜態(tài)連接，該機(jī)器人能夠準(zhǔn)確操作導(dǎo)管和導(dǎo)絲，更加精準(zhǔn)檢測(cè)阻力并協(xié)同完成復(fù)雜的手術(shù)操作。海軍軍醫(yī)大學(xué)附屬長海醫(yī)院陸清聲教授團(tuán)隊(duì)[21-23]研究開發(fā)的一款新型機(jī)器人輔助血管腔內(nèi)介入系統(tǒng)，通過體外模型實(shí)驗(yàn)及動(dòng)物體內(nèi)實(shí)驗(yàn)證明該系統(tǒng)能夠完成復(fù)雜血管介入操作，同時(shí)完成自膨式支架定位和釋放操作。2019年Zhao 等[24]提出了一種基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（convolutional neural network，CNN）的框架來解決基于外科醫(yī)生技能學(xué)習(xí)的血管內(nèi)機(jī)器人導(dǎo)航問題。結(jié)果表明，基于CNN 的算法具有較強(qiáng)的適應(yīng)能力，并取得了相似的成功率和平均操作時(shí)間，機(jī)器人操作與手動(dòng)操作具有相似的操作軌跡和相同的操作力水平。2019年Wang 等[25]研究探索了新型開放式血管外科機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)與已有的導(dǎo)絲、導(dǎo)管、球囊等設(shè)備結(jié)合，它利用4 個(gè)機(jī)械手，可獨(dú)立實(shí)現(xiàn)夾緊、旋轉(zhuǎn)和推拉導(dǎo)絲和導(dǎo)管，亦可采用分布式控制系統(tǒng)對(duì)復(fù)雜運(yùn)動(dòng)進(jìn)行實(shí)時(shí)高精度的協(xié)調(diào)，完成血管介入操作，提高了系統(tǒng)操作精確性以及安全性，該系統(tǒng)方便拆卸及組裝也節(jié)省了設(shè)備準(zhǔn)備時(shí)間。2019年Shen 等[26]提出了一種新型的圖像引導(dǎo)主從機(jī)器人血管介入系統(tǒng)，該機(jī)器人系統(tǒng)基于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)遠(yuǎn)程通信系統(tǒng)、動(dòng)力學(xué)分析、滑模神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)控制模型和反饋系統(tǒng)，可實(shí)時(shí)完成導(dǎo)絲平移旋轉(zhuǎn)、球囊導(dǎo)管平移、造影劑注射等一系列操作，通過性能評(píng)估和4 次成功的體內(nèi)試驗(yàn)，驗(yàn)證了新機(jī)器人系統(tǒng)的可行性和有效性。

3 血管介入機(jī)器人系統(tǒng)的臨床應(yīng)用

相比于傳統(tǒng)介入操作，血管介入機(jī)器人介入操作明顯具有更高的精度和穩(wěn)定性，同時(shí)可減少操作人員相應(yīng)X 射線暴露水平，為手術(shù)者提供了良好的導(dǎo)航指引和操作平臺(tái)，減輕了操作者負(fù)擔(dān)和職業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，因此也逐步應(yīng)用于臨床。

血管介入機(jī)器人的臨床使用最先應(yīng)用于冠狀動(dòng)脈系統(tǒng)。2005年Beyar 等[9]運(yùn)用機(jī)器人輔助遠(yuǎn)程操作的冠狀動(dòng)脈介入手術(shù)操作系統(tǒng)，所有18 例患者均達(dá)到了臨床成功的標(biāo)準(zhǔn)，有1 例患者在3 周后出現(xiàn)了非目標(biāo)血管的心肌梗死，有2 例因?yàn)橹Ъ芨采w不完全和遠(yuǎn)端夾層，額外補(bǔ)救支架。2010年Bismuth 等[16]運(yùn)用HansenVCC 系統(tǒng)在20 例患者導(dǎo)管定位導(dǎo)航均取得成功，僅有1 例因?yàn)槊摴軐?dǎo)致了穿刺處血腫，但之后未發(fā)生其他手術(shù)并發(fā)癥。Corindus 公司設(shè)計(jì)的Corpath200 系統(tǒng)于2010年引入臨床并成為目前唯一可用于冠狀動(dòng)脈介入治療機(jī)器人輔助技術(shù)的系統(tǒng)[27-28]，并于2012年獲得FDA批準(zhǔn)。新一代的CorPath GRX 系統(tǒng)在提高操控精細(xì)性的同時(shí)增加機(jī)器人操控的多樣性，提高其在復(fù)雜病變的成功率，在包含了77.3%復(fù)雜病變的受試者中，手術(shù)的成功率達(dá)到了90%[29]，此后，Mahmud 等[30]通過機(jī)器人輔助經(jīng)皮冠狀動(dòng)脈介入治療（complex robotically assisted percutaneous coronary intervention，CORA-PCI） 研究進(jìn)一步證明了CorPath GRX 在冠狀動(dòng)脈介入治療中的可行性、安全性和高技術(shù)成功率。葛均波院士團(tuán)隊(duì)[31]2021年運(yùn)用CorPath GRX 介入手術(shù)機(jī)器人完成國內(nèi)首例機(jī)器人輔助下冠狀動(dòng)脈介入治療手術(shù)，導(dǎo)絲迅速通過復(fù)雜病變，待球囊預(yù)擴(kuò)后釋放支架精確覆蓋病變。

血管介入機(jī)器人系統(tǒng)在血管外科領(lǐng)域的應(yīng)用同樣十分廣泛。復(fù)雜型胸腹主動(dòng)脈瘤的腔內(nèi)治療因其技術(shù)要求高，手術(shù)時(shí)間長以及術(shù)者射線暴露時(shí)間長等缺點(diǎn)一直以來得不到廣泛開展。盡管各種定制支架及開窗技術(shù)或平行支架技術(shù)等被逐漸應(yīng)用于胸腹主動(dòng)脈瘤中內(nèi)臟動(dòng)脈的重建，但對(duì)于解剖條件復(fù)雜或入路明顯扭曲的患者來說超選至靶血管仍然具有一定的挑戰(zhàn)性，傳統(tǒng)的預(yù)成型導(dǎo)管由于其活動(dòng)度有限在某些嚴(yán)重扭曲的血管中往往需要術(shù)者具有對(duì)導(dǎo)管導(dǎo)絲高超的把控能力，尤其在靶血管中通過硬導(dǎo)絲及支架過程中。Riga 等[32]通過應(yīng)用Sensei 機(jī)器人輔助系統(tǒng)（Hansen Medical，Mountain View，Calif）通過主從電機(jī)械作用來控制導(dǎo)管導(dǎo)絲從而在主動(dòng)脈模型上完成對(duì)四分支血管的重建，結(jié)果表明機(jī)器人控制導(dǎo)管系統(tǒng)能很好地克服傳統(tǒng)導(dǎo)管技術(shù)的弊端，增加靶血管的通過率，并能明顯減少術(shù)者輻射暴露時(shí)間。并分別于2009年及2012年完成了1 例接受機(jī)器人輔助的腹主動(dòng)脈瘤腔內(nèi)修復(fù)術(shù)（endovascular aneurysm repair，EVAR） 案例以及1 例腎動(dòng)脈開窗輔助EVAR 術(shù)，且無術(shù)后并發(fā)癥[8,33]。此外，機(jī)器人輔助操控導(dǎo)管系統(tǒng)在嚴(yán)重扭曲的髂動(dòng)脈病變中導(dǎo)管的引入及操控性方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)[34]。通過伺服電機(jī)的牽引能夠給遙控導(dǎo)管提供持續(xù)性的張力，其具有定位準(zhǔn)確及支撐力強(qiáng)的特點(diǎn)，并被成功應(yīng)用于1 例III 型胸腹主動(dòng)脈瘤腔內(nèi)隔絕術(shù)后腎動(dòng)脈支架折疊的重建[35]。

主動(dòng)脈弓部病變腔內(nèi)治療中經(jīng)常會(huì)碰到血栓脫落致腦梗等問題，過多的弓上血管內(nèi)導(dǎo)管導(dǎo)絲操作及復(fù)雜主動(dòng)脈弓解剖條件是其主要原因，因此主動(dòng)弓上血管內(nèi)導(dǎo)管導(dǎo)絲把控的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性至關(guān)重要[36]。創(chuàng)新的機(jī)器人輔助遙控導(dǎo)管系統(tǒng)能在縮短手術(shù)時(shí)間、降低遠(yuǎn)端栓塞風(fēng)險(xiǎn)、減少導(dǎo)管移位及輻射暴露等方面取得不錯(cuò)的成績(jī)[37]。在頸動(dòng)脈及主動(dòng)脈弓上分支超選方面具有一定的優(yōu)勢(shì)：遙控導(dǎo)管能夠抵抗弓部血管內(nèi)導(dǎo)管導(dǎo)絲操作時(shí)的后退阻力，維持導(dǎo)管的穩(wěn)定性，導(dǎo)管頭端的塑形利于快速準(zhǔn)確超選入靶血管，減少過多弓上操作從而減少腦梗的發(fā)生；另一方面，遠(yuǎn)程操作除了減少術(shù)者的輻射暴露以外，手術(shù)時(shí)間的縮短及快速的靶血管進(jìn)入也能最大程度減少患者的輻射暴露。 在此基礎(chǔ)上，Perera 等[38]首次運(yùn)用Magellan 腔內(nèi)機(jī)器人系統(tǒng)與傳統(tǒng)經(jīng)手導(dǎo)管操作做對(duì)比，通過術(shù)中經(jīng)顱多普勒檢查對(duì)胸主動(dòng)脈腔內(nèi)修復(fù)術(shù)過程中腦栓塞的發(fā)生率進(jìn)行研究，結(jié)果表明與傳統(tǒng)經(jīng)手導(dǎo)管操作相比，機(jī)器導(dǎo)管操作能明顯降低術(shù)中腦栓塞的發(fā)生。其良好的操控性及穩(wěn)定性以及較少程度地直接接觸動(dòng)脈硬化的主動(dòng)脈弓是減少腦栓塞的關(guān)鍵。同樣有望應(yīng)用于體外開窗EVAR 技術(shù)中內(nèi)臟動(dòng)脈重建過程中減少栓塞的發(fā)生。

4 血管介入機(jī)器人系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)與不足

血管介入機(jī)器人系統(tǒng)雖然具有明顯減少操作者X 射線暴露、成像定位精準(zhǔn)、操作準(zhǔn)確穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，在減少器械與血管壁接觸、操作顫抖的同時(shí)，增加操作者舒適感[17,39]。但是目前仍有許多因素限制了血管介入機(jī)器人系統(tǒng)的廣泛使用。

首先，大多數(shù)系統(tǒng)的力反饋僅限于導(dǎo)管尖端與組織接觸力反饋，仍缺乏對(duì)整個(gè)介入器械在血管內(nèi)的力反饋功能，且很少有專用的力傳感器可以直接測(cè)量手術(shù)導(dǎo)管受到的阻力信息，多數(shù)的研究中都是用力傳感器間接地測(cè)量手術(shù)導(dǎo)管的受力情況，這樣不可避免影響操作的安全性。觸覺反饋缺失同樣為術(shù)中誤損傷血管和止血帶來了挑戰(zhàn)[40]，而且術(shù)中可能出現(xiàn)的機(jī)械故障會(huì)導(dǎo)致中轉(zhuǎn)開放手術(shù)。

其次，血管介入手術(shù)需要大量不同規(guī)格型號(hào)的導(dǎo)絲導(dǎo)管、支架及輔助裝置，在手術(shù)過程中無法做到像人手操作那樣能快速交換導(dǎo)絲導(dǎo)管；尤其是不能像人手操作那樣同時(shí)操控導(dǎo)管導(dǎo)絲及實(shí)時(shí)完成支架釋放過程等。頻繁更換器械及重復(fù)操作會(huì)對(duì)血管產(chǎn)生損傷，造成血栓、栓塞、夾層，甚至血管破損，同時(shí)也增加了患者射線暴露時(shí)間以及造影劑使用劑量[41]。

最后，高昂的系統(tǒng)費(fèi)用及年維修保養(yǎng)費(fèi)用是阻礙其廣泛推廣的主要因素，同時(shí)標(biāo)準(zhǔn)操作者的培養(yǎng)及訓(xùn)練體系的不成熟也導(dǎo)致相應(yīng)技術(shù)僅限于部分大的中心。

5 展 望

隨著信息科學(xué)和生命科學(xué)的飛速發(fā)展以及學(xué)科間的交互滲透，血管介入手術(shù)機(jī)器人的發(fā)展使得血管介入手術(shù)更趨于精確和微創(chuàng)，為醫(yī)療外科技術(shù)的發(fā)展開辟了一個(gè)嶄新的領(lǐng)域。血管介入手術(shù)機(jī)器人不僅在手術(shù)精確定位、手術(shù)最小創(chuàng)傷、手術(shù)質(zhì)量等方面將帶來一系列的技術(shù)變革，還會(huì)對(duì)新一代介入手術(shù)設(shè)備的開發(fā)與研制產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。未來可以通過技術(shù)優(yōu)化來增加觸覺力覺反饋、多器械操作等更多的模塊來完成更加復(fù)雜的病變。同時(shí)磁共振、光學(xué)相干斷層掃描、血管內(nèi)超聲顯像等影像學(xué)技術(shù)可用來發(fā)展兼容導(dǎo)管技術(shù)從而促進(jìn)血管介入機(jī)器人系統(tǒng)的進(jìn)展。5G 技術(shù)的發(fā)展，從端與控制端之間信息傳遞速度提升，提高了遠(yuǎn)程手術(shù)的可靠性。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可在三維可視化模型上反復(fù)多次對(duì)病變進(jìn)行虛擬處理，提高病變處理的準(zhǔn)確性，進(jìn)而選擇出對(duì)患者更加適合的手術(shù)方式[42]。除此之外，在未來仍需要更多研究去改善目前血管介入機(jī)器人系統(tǒng)存在的不足之處，而且制定適應(yīng)證和禁忌證，建立標(biāo)準(zhǔn)程序，并通過大量臨床試驗(yàn)來評(píng)估血管介入機(jī)器人系統(tǒng)的長期療效，使得這項(xiàng)技術(shù)能夠得到更廣泛的應(yīng)用。