智東西（公眾號：zhidxcom）
編譯 |?熊大寶
編輯 |?李水青
智東西4月19日消息，近日，西門子醫(yī)療Corindus的手術(shù)機器人團隊在網(wǎng)上分享研發(fā)歷程，該團隊研發(fā)的血管介入機器人CorPath?GRX可輔助醫(yī)生遠程進行心臟手術(shù)。
2018年，CorPath?GRX幫助五名冠狀動脈疾?。–AD）患者進行治療。主治醫(yī)生無需親自操刀，而是在20英里外的遠程駕駛艙指導手術(shù)室內(nèi)的機器人執(zhí)行冠狀動脈介入治療（PCI）手術(shù)。
2020年11月上海進博會現(xiàn)場，CorPath?GRX首次在中國展出；2021年3月13日，CorPath?GRX在中國首次用于臨床實踐，中國科學院院士、復旦大學附屬中山醫(yī)院葛均波教授團隊操作，順利完成中國首例介入手術(shù)機器人手術(shù)。
▲葛均波院士操作CorPath GRX控制臺
CorPath?GRX機器人結(jié)合網(wǎng)絡(luò)、工程學、醫(yī)學知識，相關(guān)論文在2019年9月3日被發(fā)表于醫(yī)學雜志《柳葉刀（THE LANCET）》的子刊《電子醫(yī)學（EClinicalMedicine）》上。
CorPath?GRX研發(fā)團隊近期對介入機器人的技術(shù)難點、應用場景、迭代方向進行經(jīng)驗性分享，為遠程機器人輔助治療領(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，遠程實時手術(shù)風險低
在20英里外讓醫(yī)生遠程執(zhí)行復雜程序，這一過程中最重要的是實時、端到端的視頻獲取和處理。
一方面，圖像的延時會影響醫(yī)生操作的準確性；另一方面，醫(yī)生對網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的了解程度不夠也會造成傷害患者的風險，具體來說，醫(yī)生需要了解網(wǎng)絡(luò)延遲和每秒接收的圖像幀。
若要確?；颊甙踩?，數(shù)據(jù)必須以高可靠性和低延遲傳輸。為了克服實時系統(tǒng)操作的挑戰(zhàn)，CorPath?GRX開發(fā)公司Corindus的研究人員尼古拉斯·科滕斯泰特（Nicholas Kottenstette）進行創(chuàng)新，開發(fā)實時通信系統(tǒng)。
他分享道：“我們使用MATLAB &?Simulink（實時仿真和測試軟件）來開發(fā)CorPath GRX平臺控制軟件，從而實現(xiàn)遠程機器人實時通信能力。事實證明，這兩項模型技術(shù)對于開發(fā)精密機器人系統(tǒng)來說至關(guān)重要。從用于指導機器人手臂運動的嵌入式電機控制，到監(jiān)控器圖像與工作站的通信方式。我的團隊使用基于模型的設(shè)計對遠程系統(tǒng)進行了建模?！?/p>
科滕斯泰特表示，這種方式很奏效?！败浖_發(fā)商MathWorks與我們一同開發(fā)來一種先進的實時視頻功能，在這種功能下，我們可以根據(jù)需要壓縮和解壓圖像，以便遠程實時傳輸，這不會打斷醫(yī)生的正常工作流程。”
為了確保該功能具備專用的實時網(wǎng)絡(luò)能力，Corindus使用高性能計算機Speedgoat來執(zhí)行系統(tǒng)的關(guān)鍵應用程序。
特哈斯·帕特爾博士（Tejas Patel）也對這項遠程解決方案作出了貢獻。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（Sanjay Shah and Samir Pancholy）》中撰寫了關(guān)于機器人輔助治療的論文。
帕特爾在論文中指出：“這項遠程解決程序R-PCI（機器人輔助PCI）在所有方面都很成功，沒有重大的程序延遲或技術(shù)困難。網(wǎng)絡(luò)記錄的平均時延為53毫秒，在實際操作過程中基本察覺不到?！?/p>
科滕施泰特說：“每一秒鐘對中風患者都很重要，就像對心臟病發(fā)作患者一樣。”“我們使用遠程機器人治療患者將是未來醫(yī)學潮流，這將推動我們下一代CorPath機器人的創(chuàng)新?！?/p>
二、靠雙系統(tǒng)遠程手術(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等機器人的產(chǎn)品開發(fā)。在此之前，他在圣母大學獲得電氣工程博士學位，思考如何改善機器人時間延遲和數(shù)據(jù)丟失問題，設(shè)計了一個框架來增強控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性。
后來，他在范德比爾特大學開始了他的職業(yè)生涯，為飛機進行機器人控制系統(tǒng)的模型設(shè)計。正是這項工作啟發(fā)了外科手術(shù)機器人的網(wǎng)絡(luò)運行的控制系統(tǒng)。
CorPath?GRX系統(tǒng)由兩個主要工作站組成：一個床邊設(shè)備，該系統(tǒng)允許機器人在內(nèi)部對患者執(zhí)行標準化操作，另一個是介入駕駛艙，醫(yī)生在干預治療期間從中引導設(shè)備。
床邊設(shè)備由機器人伸展臂、觸摸屏和一次性無菌盒組成。手臂用來操縱機器人觸摸屏和無菌盒，觸摸屏接收駕駛艙控制臺的指令，引導無菌盒，無菌盒反過來操作患者體內(nèi)的導線、支架導管和導管。介入駕駛艙中包含機器人控制子系統(tǒng)和遠程存在通信系統(tǒng)，將醫(yī)生與床邊設(shè)備中的機器人聯(lián)系起來。
帕特爾博士介紹道：“機器人控制變電站包含一個控制計算系統(tǒng)、顯示器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和一個有三個操縱桿的機器人控制臺。”“監(jiān)視器顯示實時血流動力學變量和透視視頻，為操作員提供了PCI過程的增強可視化效果。一個操縱桿用于支架操作，第二個用于導線操作，第三個用于導管操作?！?/p>
床頭設(shè)備和介入駕駛艙這兩個主要系統(tǒng)，也揭示了一個成功的機器人系統(tǒng)所必需的協(xié)作和相互依存。
綜合起來，這些系統(tǒng)帶來了可量化的好處，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）是全球頭號死因，每年奪去1790萬人的生命。在發(fā)展中國家和農(nóng)村地區(qū)等缺乏重癥監(jiān)護的地方，心血管疾病死亡率最高。冠脈介入治療（PCI）當前已成為心血管病重要治療方案。
世衛(wèi)組織指出，超過四分之三的心血管疾病死亡發(fā)生在中低收入國家。在發(fā)達國家，這個問題出現(xiàn)在農(nóng)村社區(qū)，那里的小型醫(yī)院通常沒有心臟病學相關(guān)專家。
因此，Corindus這樣的遠程解決方案可能會為這些患者帶來福音。
Corindus表示，發(fā)展中國家絕大多數(shù)冠狀動脈疾病或急性冠脈綜合征患者很少有機會獲得即時干預治療。機器人輔助PCI程序在網(wǎng)絡(luò)聯(lián)通性和操作員專業(yè)知識的提升下，可以為眾多發(fā)展中國家和農(nóng)村地區(qū)等一線提供服務(wù)。
同時，該技術(shù)可以用作補充服務(wù)，為更多患者提供專業(yè)知識。
自從Corindus團隊推出CorPath機器人平臺以來，他們一直有一個目標：隨時隨地接觸需要治療的病人，保障醫(yī)護人員健康安全。
雖然CorPath的機器人為醫(yī)生提供了在PCI程序中非凡的精確度和控制力，但也會為醫(yī)生帶來輻射和佩戴重型防護設(shè)備時引起的骨科損傷。
科滕斯泰特回憶道：“Corindus?CEO馬克·托蘭德（Mark Toland）告訴我們的團隊，在全球?qū)?chuàng)新遠程醫(yī)療解決方案需求日益增長時，我們需要打破僵局，進一步發(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?！?/p>
結(jié)語：遠程手術(shù)機器人輔助治療漸成常態(tài)
在心臟介入手術(shù)的實施方面，及時性是最大的挑戰(zhàn)。CorPath?GRX這一手術(shù)機器人能夠在數(shù)十公里外滿足治療需求，短時間內(nèi)對血管進行干預，并且輔助醫(yī)生進行精度判斷，提高心血管疾病治愈率。
當前，手術(shù)機器人逐漸邁向商用化，輔助醫(yī)生完成一些標準化、程序化操作，未來將向小型化、專用化、智能化的方向發(fā)展。
來源：Robohub
