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中国首例介入机器人30分钟完成心脏支架手术丨专访

介入机器人手术的成功,可能预示着推动血管介入领域的革命性进展。” 中国科学医学院阜外医院血管外科中心副主任医师罗明尧说。

3 月 13 日,机器人辅助冠状动脉介入治疗(PCI,percutaneous coronary intervention)手术在海南博鳌超级医院成功完成,该手术由中国科学院院士、复旦大学附属中山医院心内科主任葛均波教授团队操刀,手术过程持续约 30 分钟。

据了解,这次接受机器人辅助下冠脉介入治疗的是一名 60 岁男性患者,他已患冠状动脉粥样硬化性心脏病十多年,虽然长期服用药物但病情未见减轻。该患者是 50% 病变,几年前做过造影,最近经常心绞痛,严重影响了他的生活质量。其冠脉造影结果显示,患者系前降支中段弥漫性病变,导致第一对角支受损,需要在双导丝保护技术的支持下完成手术。

图丨介入机器人手术(来源:西门子医疗)

葛均波在控制室内通过操纵杆对盒带内导丝模块进行手术操作,实现机械臂将两根导丝分别送入,行双导丝保护技术。

他在接受媒体采访时表示,“该病例是一个分杈病变,而且是两个狭窄,好在介入机器人完美地完成了任务。我们首先把对角支放在一个导丝保护起来,然后用两个球囊越扩张支架,非常迅速地通过了复杂病变。”

图丨葛均波操作介入机器人(来源:西门子医疗)

与人工操作相比,介入机器人在某些方面具有一定优势。首先,介入机器人的标准化和数字化优势,可使手术过程保持稳定和精确的操作,其 “毫米级” 的精准定位和释放植入器械,可避免医生因经验判断或观察失误造成的误差。

其次,在传统的冠脉介入治疗中,医生往往穿着沉重的铅衣,连续几小时站在手术台旁进行手术,这意味着医生会暴露在 X 射线的电离辐射下,有骨骼系统受到损伤的风险。

介入机器人可将医生从手术床旁解放出来,还能减少医患双方的辐射及术中交叉感染,对传染病或感染性疾病患者的治疗更加有利。据了解,2020 年疫情期间,在美国有使用介入机器人为新冠病人手术成功的案例,实现了医生与患者 2 米以上的隔离。

再次,“人机交互” 转变为一定程度的 “机机交互”,再结合 AI 和 5G 技术就可能具备远程实施血管介入手术的潜力。

介入机器人的实质是手术机器人与血管介入技术的结合。“这是一个历史性的时刻,未来我们也将看到更多的创新技术应用于临床。” 葛均波在接受媒体采访时表示。

近年来,Corindus 机器人在中国 “突破式” 发展。据西门子医疗资料显示,2017 年 3 月,Corindus 机器人曾短暂来华 “交流访问”,中国医学科学院阜外医院冠心病中心窦克非团队在北京成功完成了 Corindus 机器人辅助的冠脉介入治疗,实现 “零的突破”;2020 年 11 月,Corindus 机器人首次亮相进博会;这次,Corindus 机器人在博鳌医疗先行区的手术成功进一步推动了介入手术机器人在国内的正式落地。

可实现 “毫米级” 精准的前沿技术

PCI 手术是血管重建的主要模式,在手术中,医生可以参照医疗图像精确定位,在控制室远程操作介入手术器械。在确保连续、稳定地执行手术动作的同时,还能快速、准确地通过复杂的轨迹,精确定位到达目标血管。最后,在医生的操作下完成血管介入手术。

“医生通过图像反馈了解当前手术的环境,然后再根据环境情况判断,做出实时操作。也就是说,这款介入机器人是由医生一对一的‘远程控制’,实际上是一种映射的关系。” 同济大学电子与信息工程学院副教授齐鹏说。

图丨介入机器人操作机械(来源:JACC)

据了解,本次应用的介入机器人是西门子医疗生产的 Corindus 途灵?最新一代CorPath?GRX,也是目前全球唯一一款经过美国食品药品监督管理局(FDA)批准,并拥有欧盟 CE 上市认证的血管介入手术机器人系统。

罗明尧对 DeepTech 表示,目前 Corindus 主要实施的是血管内的器械驱动,但穿刺、更换耗材等步骤仍需要医生手动完成。他进一步解释称,“血管内操作属于手术核心内容,因此主要的研发集中在攻克这部分难题。而穿刺、更换耗材等步骤的动作模式与血管内操作不同,它在手术流程中起着辅助作用,动作琐碎,更难规范。”

图丨 PCI 病例图像展示(来源:海南新闻)

从技术层面来看,介入机器人有三个特点:

第一,多自由度灵巧操作,通过主从控制模式驱动,提供有效的智能硬件辅助;

第二,实现多模态影响数据融合,同步重建血管和导管形态模型,辅助医生进行手术;

第三,结合连续体机器人建模的复杂性特征,通过力或者位置控制,探索机器人自主控制操作模式。

“操作介入机器人其实和打游戏操作游戏手柄的原理类似,除了远程遥控,还得在实际操作过程中灵活地掌握技巧。” 齐鹏说,“可以借鉴达芬奇机器人的模式,目前达芬奇机器人已经陆续在国内应用,它的操作应用是医生在培训中心培训相关技术,各项操作技术熟练达标了再实际操作。这有利于年轻医生的培训与手术操作,而不是只靠经验丰富的老医生,因此这将改善手术预约排期紧张的问题。”

不过,介入机器人在临床普及仍存在一定的难点。据媒体报道,2017 年美国血管介入机器人手术占血管手术的 0.1%。目前,该技术在国内属于非常前沿的新技术,尚处于试验阶段。

罗明尧对 DeepTech 表示,“首先,介入机器人暂时受制于医患及业内人士对该新技术的认知和认可。结合其他医疗学科领域的机器人技术或其他新技术新设备的全球推广经验来看,一般是从行业内的顶级医院开始认可、购置,形成效应并带动其他医院逐步跟进。其次,现有的血管介入机器人技术尚未成熟,与‘全自动’甚至理想的‘半自动’还有一定差距。第三,机器人手术费用高昂,如不能进入医保报销体系,能接受的患者范围受到限制。”

“如果在临床推广,则需要先在国内走审批流程上市注册。据我所知,国内相关的标准化的规则还在制定中。所以,介入机器人在临床的实际应用还需要些时间。” 齐鹏说。

“未来还有更长的路要走”

随着介入机器人的发展,其应用的临床领域将不断拓展,“在现有的‘半自动’框架下,其应用领域从心脏逐步延伸到脑血管、外周血管的临床诊疗。这既是顺应患者需求,也是脑血管、外周血管等专业医生的期盼。” 罗明尧说。

此外,介入机器人技术需要不断完善,还需要一些配套的设计,如专用的适应机器人机械臂操作的器械输送和释放系统。罗明尧认为,“目前机器人的设计与现有的腔内器械并不完全吻合,现有的腔内器械都是为适应人手操作而设计,如支架释放需要人手操控,设计出适合机械臂释放的支架系统和手柄是未来的需求之一。”

目前,在血管中的传送以及病灶处的诊治操作过程中,介入机器人导丝导管的可操作性有限,因此需要医生在眼手不能直接配合的模式下进行。据了解,经验丰富的医生可凭借 “手感” 操作手术,而介入器械前段的作用力因不能被直接获取,容易导致错误操作、刺穿血管或者损伤组织器官。

“从科研角度来讲,我们一直强调‘手感’,医生在手术中的操作具有‘捻’、‘转’等感觉性的互动,是医生凭借经验去判断,而介入机器人是完成一些程序化的工作,并没有这种‘手感’。从某种程度上来说,介入机器人是辅助医生完成中间一段手术,前期准备和后期手术仍然需要医生来完成。” 齐鹏说。

罗明尧同样认为,目前的介入机器人虽然稳定但却缺乏灵活性。复杂的血管介入操作,需要较强的操控性,如通过闭塞病变,内脏动脉、脑血管及其他分支动脉的超选等,这其中阻力感受和反馈至关重要。

因此,力反馈技术的升级将有助于介入手术机器人的发展,可帮助后者在介入操作时,实现导丝空间位移之外另一维度上的精准性。

如果实现远程治疗,医患双方即便在异地也能实现分级诊疗,让更多患者获得优质的医疗资源。随着 5G 技术、人工智能、自我学习与介入机器人技术不断发展,对该产品和技术是质的飞跃,将共同加速介入机器人的自动化发展及临床应用。“这是一个系统的工程,未来还有更长的路要走。”罗明尧说。