智東西（公眾號(hào)：zhidxcom）
編譯 |熊大寶
編輯 |李水青
智東西4月19日消息，近日，西門(mén)子醫(yī)療Corindus的手術(shù)機(jī)器人團(tuán)隊(duì)在網(wǎng)上分享研發(fā)歷程，該團(tuán)隊(duì)研發(fā)的血管介入機(jī)器人CorPath GRX可輔助醫(yī)生遠(yuǎn)程進(jìn)行心臟手術(shù)。
2018年，CorPath GRX幫助五名冠狀動(dòng)脈疾�。–AD）患者進(jìn)行治療。主治醫(yī)生無(wú)需親自操刀，而是在20英里外的遠(yuǎn)程駕駛艙指導(dǎo)手術(shù)室內(nèi)的機(jī)器人執(zhí)行冠狀動(dòng)脈介入治療（PCI）手術(shù)。
2020年11月上海進(jìn)博會(huì)現(xiàn)場(chǎng)，CorPath GRX首次在中國(guó)展出；2021年3月13日，CorPath GRX在中國(guó)首次用于臨床實(shí)踐，中國(guó)科學(xué)院院士、復(fù)旦大學(xué)附屬中山醫(yī)院葛均波教授團(tuán)隊(duì)操作，順利完成中國(guó)首例介入手術(shù)機(jī)器人手術(shù)。
▲葛均波院士操作CorPath GRX控制臺(tái)
CorPath GRX機(jī)器人結(jié)合網(wǎng)絡(luò)、工程學(xué)、醫(yī)學(xué)知識(shí)，相關(guān)論文在2019年9月3日被發(fā)表于醫(yī)學(xué)雜志《柳葉刀（THE LANCET）》的子刊《電子醫(yī)學(xué)（EClinicalMedicine）》上。
CorPath GRX研發(fā)團(tuán)隊(duì)近期對(duì)介入機(jī)器人的技術(shù)難點(diǎn)、應(yīng)用場(chǎng)景、迭代方向進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)性分享，為遠(yuǎn)程機(jī)器人輔助治療領(lǐng)域提供參考。
論文鏈接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2589537019301373
一、平均延遲降至53毫秒，遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)低
在20英里外讓醫(yī)生遠(yuǎn)程執(zhí)行復(fù)雜程序，這一過(guò)程中最重要的是實(shí)時(shí)、端到端的視頻獲取和處理。
一方面，圖像的延時(shí)會(huì)影響醫(yī)生操作的準(zhǔn)確性；另一方面，醫(yī)生對(duì)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的了解程度不夠也會(huì)造成傷害患者的風(fēng)險(xiǎn)，具體來(lái)說(shuō)，醫(yī)生需要了解網(wǎng)絡(luò)延遲和每秒接收的圖像鄭
若要確�；颊甙踩�，數(shù)據(jù)必須以高可靠性和低延遲傳輸。為了克服實(shí)時(shí)系統(tǒng)操作的挑戰(zhàn)，CorPath GRX開(kāi)發(fā)公司Corindus的研究人員尼古拉斯科滕斯泰特（Nicholas Kottenstette）進(jìn)行創(chuàng)新，開(kāi)發(fā)實(shí)時(shí)通信系統(tǒng)。
他分享道：“我們使用MATLAB & Simulink（實(shí)時(shí)仿真和測(cè)試軟件）來(lái)開(kāi)發(fā)CorPath GRX平臺(tái)控制軟件，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程機(jī)器人實(shí)時(shí)通信能力。事實(shí)證明，這兩項(xiàng)模型技術(shù)對(duì)于開(kāi)發(fā)精密機(jī)器人系統(tǒng)來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。從用于指導(dǎo)機(jī)器人手臂運(yùn)動(dòng)的嵌入式電機(jī)控制，到監(jiān)控器圖像與工作站的通信方式。我的團(tuán)隊(duì)使用基于模型的設(shè)計(jì)對(duì)遠(yuǎn)程系統(tǒng)進(jìn)行了建模。”
科滕斯泰特表示，這種方式很奏效。“軟件開(kāi)發(fā)商MathWorks與我們一同開(kāi)發(fā)來(lái)一種先進(jìn)的實(shí)時(shí)視頻功能，在這種功能下，我們可以根據(jù)需要壓縮和解壓圖像，以便遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)傳輸，這不會(huì)打斷醫(yī)生的正常工作流程。”
為了確保該功能具備專(zhuān)用的實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)能力，Corindus使用高性能計(jì)算機(jī)Speedgoat來(lái)執(zhí)行系統(tǒng)的關(guān)鍵應(yīng)用程序。
特哈斯帕特爾博士（Tejas Patel）也對(duì)這項(xiàng)遠(yuǎn)程解決方案作出了貢獻(xiàn)。他與同事桑賈伊沙阿（Sanjay Shah）和薩米爾潘喬利（Samir Pancholy）在《生態(tài)醫(yī)學(xué)（Sanjay Shah and Samir Pancholy）》中撰寫(xiě)了關(guān)于機(jī)器人輔助治療的論文。
帕特爾在論文中指出：“這項(xiàng)遠(yuǎn)程解決程序R-PCI（機(jī)器人輔助PCI）在所有方面都很成功，沒(méi)有重大的程序延遲或技術(shù)困難。網(wǎng)絡(luò)記錄的平均時(shí)延為53毫秒，在實(shí)際操作過(guò)程中基本察覺(jué)不到。”
科滕施泰特說(shuō)：“每一秒鐘對(duì)中風(fēng)患者都很重要，就像對(duì)心臟病發(fā)作患者一樣。”“我們使用遠(yuǎn)程機(jī)器人治療患者將是未來(lái)醫(yī)學(xué)潮流，這將推動(dòng)我們下一代CorPath機(jī)器人的創(chuàng)新。”
二、靠雙系統(tǒng)遠(yuǎn)程手術(shù)，啟發(fā)自飛行控制模型
科滕施泰特加入Corindus后，一直致力于CorPath、CorPath GRX等機(jī)器人的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。在此之前，他在圣母大學(xué)獲得電氣工程博士學(xué)位，思考如何改善機(jī)器人時(shí)間延遲和數(shù)據(jù)丟失問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一個(gè)框架來(lái)增強(qiáng)控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性。
后來(lái)，他在范德比爾特大學(xué)開(kāi)始了他的職業(yè)生涯，為飛機(jī)進(jìn)行機(jī)器人控制系統(tǒng)的模型設(shè)計(jì)。正是這項(xiàng)工作啟發(fā)了外科手術(shù)機(jī)器人的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的控制系統(tǒng)。
CorPath GRX系統(tǒng)由兩個(gè)主要工作站組成：一個(gè)床邊設(shè)備，該系統(tǒng)允許機(jī)器人在內(nèi)部對(duì)患者執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)化操作，另一個(gè)是介入駕駛艙，醫(yī)生在干預(yù)治療期間從中引導(dǎo)設(shè)備。
床邊設(shè)備由機(jī)器人伸展臂、觸摸屏和一次性無(wú)菌盒組成。手臂用來(lái)操縱機(jī)器人觸摸屏和無(wú)菌盒，觸摸屏接收駕駛艙控制臺(tái)的指令，引導(dǎo)無(wú)菌盒，無(wú)菌盒反過(guò)來(lái)操作患者體內(nèi)的導(dǎo)線(xiàn)、支架導(dǎo)管和導(dǎo)管。介入駕駛艙中包含機(jī)器人控制子系統(tǒng)和遠(yuǎn)程存在通信系統(tǒng)，將醫(yī)生與床邊設(shè)備中的機(jī)器人聯(lián)系起來(lái)。
帕特爾博士介紹道：“機(jī)器人控制變電站包含一個(gè)控制計(jì)算系統(tǒng)、顯示器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和一個(gè)有三個(gè)操縱桿的機(jī)器人控制臺(tái)。”“監(jiān)視器顯示實(shí)時(shí)血流動(dòng)力學(xué)變量和透視視頻，為操作員提供了PCI過(guò)程的增強(qiáng)可視化效果。一個(gè)操縱桿用于支架操作，第二個(gè)用于導(dǎo)線(xiàn)操作，第三個(gè)用于導(dǎo)管操作。”
床頭設(shè)備和介入駕駛艙這兩個(gè)主要系統(tǒng)，也揭示了一個(gè)成功的機(jī)器人系統(tǒng)所必需的協(xié)作和相互依存。
綜合起來(lái)，這些系統(tǒng)帶來(lái)了可量化的好處，包括提高解剖精度，確定病變大小和支架長(zhǎng)短的精度。
三、提高心血管疾病治愈率，保障醫(yī)患者安全
根據(jù)世界衛(wèi)生組織（WHO）的數(shù)據(jù)，心血管疾病（CVD）是全球頭號(hào)死因，每年奪去1790萬(wàn)人的生命。在發(fā)展中國(guó)家和農(nóng)村地區(qū)等缺乏重癥監(jiān)護(hù)的地方，心血管疾病死亡率最高。冠脈介入治療（PCI）當(dāng)前已成為心血管病重要治療方案。
世衛(wèi)組織指出，超過(guò)四分之三的心血管疾病死亡發(fā)生在中低收入國(guó)家。在發(fā)達(dá)國(guó)家，這個(gè)問(wèn)題出現(xiàn)在農(nóng)村社區(qū)，那里的小型醫(yī)院通常沒(méi)有心臟病學(xué)相關(guān)專(zhuān)家。
因此，Corindus這樣的遠(yuǎn)程解決方案可能會(huì)為這些患者帶來(lái)福音。
Corindus表示，發(fā)展中國(guó)家絕大多數(shù)冠狀動(dòng)脈疾病或急性冠脈綜合征患者很少有機(jī)會(huì)獲得即時(shí)干預(yù)治療。機(jī)器人輔助PCI程序在網(wǎng)絡(luò)聯(lián)通性和操作員專(zhuān)業(yè)知識(shí)的提升下，可以為眾多發(fā)展中國(guó)家和農(nóng)村地區(qū)等一線(xiàn)提供服務(wù)。
同時(shí)，該技術(shù)可以用作補(bǔ)充服務(wù)，為更多患者提供專(zhuān)業(yè)知識(shí)。
自從Corindus團(tuán)隊(duì)推出CorPath機(jī)器人平臺(tái)以來(lái)，他們一直有一個(gè)目標(biāo)：隨時(shí)隨地接觸需要治療的病人，保障醫(yī)護(hù)人員健康安全。
雖然CorPath的機(jī)器人為醫(yī)生提供了在PCI程序中非凡的精確度和控制力，但也會(huì)為醫(yī)生帶來(lái)輻射和佩戴重型防護(hù)設(shè)備時(shí)引起的骨科損傷。
科滕斯泰特回憶道：“Corindus CEO馬克托蘭德（Mark Toland）告訴我們的團(tuán)隊(duì)，在全球?qū)?chuàng)新遠(yuǎn)程醫(yī)療解決方案需求日益增長(zhǎng)時(shí)，我們需要打破僵局，進(jìn)一步發(fā)展CorPath系統(tǒng)的能力，在腦部治療方面探索更多治療可能性。”
結(jié)語(yǔ)：遠(yuǎn)程手術(shù)機(jī)器人輔助治療漸成常態(tài)
在心臟介入手術(shù)的實(shí)施方面，及時(shí)性是最大的挑戰(zhàn)。CorPath GRX這一手術(shù)機(jī)器人能夠在數(shù)十公里外滿(mǎn)足治療需求，短時(shí)間內(nèi)對(duì)血管進(jìn)行干預(yù)，并且輔助醫(yī)生進(jìn)行精度判斷，提高心血管疾病治愈率。
當(dāng)前，手術(shù)機(jī)器人逐漸邁向商用化，輔助醫(yī)生完成一些標(biāo)準(zhǔn)化、程序化操作，未來(lái)將向小型化、專(zhuān)用化、智能化的方向發(fā)展。
來(lái)源：Robohub
