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李杨
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避免医生受x光辐射,上海交大研发医疗机器人

2020北京国际医疗器械展览会心血管病是目前全世界范围内威胁人类健康的杀手之一。供应心、脑、肾等重要脏器的动脉血管发生粥样硬化性病变,是心血管病的主要病理基础。这时候就需要进行心血管介入手术。这类手术经患者皮肤穿刺桡动脉或股动脉,在医学影像的引导下,借助人体血管通道将球囊导管、支架导管等介入器械递送至血管病变部位,疏通狭窄或闭塞的冠脉管腔,重建血流通路。




一般来说,血管介入手术需要在专门的导管室中进行,需要x射线成像,才能操作导管、导丝等介入器械。过去医生在手术过程中必须身穿沉重的铅衣,在手术过程中还需要频繁调整角度、病人位置并注射造影剂,手术时间很长,长期在导管室中工作的医生还易出现脊柱病、白内障甚至癌症等职业病。



为了解决上述问题,上海交通大学生物医学工程学院教授谢叻、顾力栩团队联合研发了心血管介入手术机器人系统。这套系统可以让医生远离辐射源,利用机器人远程操作手术。近日,在上海交通大学医疗机器人研究院举办的2019国际学术论坛上,谢叻接受了澎湃新闻的专访。



“我们这套系统目前已经做了6例动物实验,效果达到了我们预期的效果。”谢叻说。据他介绍,这套血管介入手术机器人系统主要由两大部分组成:主手控制端和从手执行端,主手执行端主要是由两个操作主手,控制台和图像引导等组成;从手执行端由4个模块组成,分别是导管驱动模块,ptca导丝驱动模块,球囊导管驱动横块和造影剂模块。



“主从手控制”避免医生受x光辐射



北京医疗器械展在传统的血管手术中,需要利用x辐射来看清心血管的位置和状态,医生需要穿着防护服站在手术台前进行操作。即便能做到最大的防护,但是眼睛和双手仍需暴露在外。长年累月,医生患有白内障和脑肿瘤的概率升高。



通过血管介入手术机器人就可以避免这样情况。主从手的设计,医生可以在隔离区外操作机器人。主从手的设计还缓解了医生颈椎、腰椎的劳损问题,医生可以不用再穿厚重的防护服。



除了主从手设计外,在谢叻看来,这套设计最创新的一点是对力反馈控制的设计。按照传统做手术的过程,需要用多少力道,尤其是血管手术,能刚好解决问题,又不破坏血管,全靠医生经验来感觉。一旦采取机器人来做手术,该使多少力,医生如何感觉,就成为最棘手的问题。



据谢叻介绍,这套系统在从手执行机构中,增加了压/扭力觉感知机构,通过主控台主手再现力觉反馈,弥补因主从机器人丧失的力觉,保障手术安全。



“你采用了主从手的方式后,就会产生这个力反馈的问题。如何让医生感知到手术进行时的力道?我们为了解决这个问题,尝试了许多种方法,各种方法的优劣势我们都了解后,做出了这样的设计。” 谢叻告诉澎湃新闻, “从手在执行时,用了多少力,都可以通过主屏幕进行显示,这样可以让医生有更直观的感受。”



北京医疗展会值得一提的是,在这套血管介入手术机器人系统中,还用到深度学习和图像识别。通过这两项技术,医生在做手术对比血管状态时等待的时间将大大缩小。“我们用人工智能技术对血管造影成像进行了重构,在半秒之内,系统就会给医生出具识别结果。”谢叻说。



挑战来自资金和技术本身



“整个项目做到今天,其实已经走了十几年。一开始我们做了一个血管手术的训练器。它并不是直接用来做手术的,而是用来训练医生手术技巧的。当时这个项目做了5年。后来我们才做的血管机器人,机器人我们又做了4到5年时间。” 谢叻说。



谈到过往做机器人的困难和挑战,谢叻说主要来自两个方面。一是技术本身的挑战,二是外部资金资助的困难。



“项目要继续推进,需要资金资助,但是项目资金都是阶段性的。这也跟我们申请到的资金密度和强度有关。除了资金外,技术本身也有难度。举个例子,当资金到位后,但是技术本身还需要时间攻克。我们的力度推送技术就是这样,他是一个螺旋式不断迭代往前走的,需要时间。”谢叻说。



北京医疗器械博览会除了上述两个困难外,谢叻还提到了一个外部挑战。“由于项目研究周期长,参与项目的研究生在校学习时间一般为3年,新来的研究生又需要一个学习的过程。所以综合多方面,要完成整个项目时间就特别长。”



我们与国外的差距在缩小



要说公众开始普遍接受医疗机器人,应该从达芬奇医疗机器人开始。“我个人感觉,达芬奇手术机器人进入中国使用后,你再和医生聊合作研究,他们才觉得靠谱,才愿意投入更多的经历更你合作。但相比国外,我们还是起步稍晚一些,从2008年以后,才有陆陆续续的高校、研究所,以及公司投入很大精力和资金开始研究。”谢叻告诉澎湃新闻。



起步虽晚,但在谢叻看来,国内医疗机器人的发展速度更快。“主要原因在于我们集中精力投入更大,在这个领域里,科技部有机器人专项资金,基金委还有一些机器人的专项资金。可以说我们投入巨大。”



另外与医院的紧密合作,也让国内的医疗机器人项目变得更加有效。据谢叻介绍,他们的心血管介入机器人系统刘与上海市胸科医院进行合作。“我们系统上做的任何一个改变,都要得到医生的认可,这些改变必须对他有帮助。否则我们就变成了闭门造车,我们提供了技术,但临床上却用不了。这是不行的。医生提供的反馈和需求,对我们的项目成功起到很重要作用。”