心血管病是目前全世界范圍內(nèi)威脅人類健康的殺手之一。供應(yīng)心、腦、腎等重要臟器的動(dòng)脈血管發(fā)生粥樣硬化性病變，是心血管病的主要病理基礎(chǔ)。這時(shí)候就需要進(jìn)行心血管介入手術(shù)。這類手術(shù)經(jīng)患者皮膚穿刺橈動(dòng)脈或股動(dòng)脈，在醫(yī)學(xué)影像的引導(dǎo)下，借助人體血管通道將球囊導(dǎo)管、支架導(dǎo)管等介入器械遞送至血管病變部位，疏通狹窄或閉塞的冠脈管腔，重建血流通路。

一般來說，血管介入手術(shù)需要在專門的導(dǎo)管室中進(jìn)行，需要X射線成像，才能操作導(dǎo)管、導(dǎo)絲等介入器械。過去醫(yī)生在手術(shù)過程中必須身穿沉重的鉛衣，在手術(shù)過程中還需要頻繁調(diào)整角度、病人位置并注射造影劑，手術(shù)時(shí)間很長(zhǎng)，長(zhǎng)期在導(dǎo)管室中工作的醫(yī)生還易出現(xiàn)脊柱病、白內(nèi)障甚至癌癥等職業(yè)病。

為了解決上述問題，上海交通大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院教授謝叻、顧力栩團(tuán)隊(duì)聯(lián)合研發(fā)了心血管介入手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)。這套系統(tǒng)可以讓醫(yī)生遠(yuǎn)離輻射源，利用機(jī)器人遠(yuǎn)程操作手術(shù)。近日，在上海交通大學(xué)醫(yī)療機(jī)器人研究院舉辦的2019國(guó)際學(xué)術(shù)論壇上，謝叻接受了澎湃新聞的專訪。

“我們這套系統(tǒng)目前已經(jīng)做了6例動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，效果達(dá)到了我們預(yù)期的效果?！敝x叻說。據(jù)他介紹，這套血管介入手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)主要由兩大部分組成：主手控制端和從手執(zhí)行端，主手執(zhí)行端主要是由兩個(gè)操作主手，控制臺(tái)和圖像引導(dǎo)等組成；從手執(zhí)行端由4個(gè)模塊組成，分別是導(dǎo)管驅(qū)動(dòng)模塊，PTCA導(dǎo)絲驅(qū)動(dòng)模塊，球囊導(dǎo)管驅(qū)動(dòng)橫塊和造影劑模塊。

“主從手控制”避免醫(yī)生受X光輻射

在傳統(tǒng)的血管手術(shù)中，需要利用X輻射來看清心血管的位置和狀態(tài)，醫(yī)生需要穿著防護(hù)服站在手術(shù)臺(tái)前進(jìn)行操作。即便能做到最大的防護(hù)，但是眼睛和雙手仍需暴露在外。長(zhǎng)年累月，醫(yī)生患有白內(nèi)障和腦腫瘤的概率升高。

通過血管介入手術(shù)機(jī)器人就可以避免這樣情況。主從手的設(shè)計(jì)，醫(yī)生可以在隔離區(qū)外操作機(jī)器人。主從手的設(shè)計(jì)還緩解了醫(yī)生頸椎、腰椎的勞損問題，醫(yī)生可以不用再穿厚重的防護(hù)服。

除了主從手設(shè)計(jì)外，在謝叻看來，這套設(shè)計(jì)最創(chuàng)新的一點(diǎn)是對(duì)力反饋控制的設(shè)計(jì)。按照傳統(tǒng)做手術(shù)的過程，需要用多少力道，尤其是血管手術(shù)，能剛好解決問題，又不破壞血管，全靠醫(yī)生經(jīng)驗(yàn)來感覺。一旦采取機(jī)器人來做手術(shù)，該使多少力，醫(yī)生如何感覺，就成為最棘手的問題。

據(jù)謝叻介紹，這套系統(tǒng)在從手執(zhí)行機(jī)構(gòu)中，增加了壓/扭力覺感知機(jī)構(gòu)，通過主控臺(tái)主手再現(xiàn)力覺反饋，彌補(bǔ)因主從機(jī)器人喪失的力覺，保障手術(shù)安全。

“你采用了主從手的方式后，就會(huì)產(chǎn)生這個(gè)力反饋的問題。如何讓醫(yī)生感知到手術(shù)進(jìn)行時(shí)的力道？我們?yōu)榱私鉀Q這個(gè)問題，嘗試了許多種方法，各種方法的優(yōu)劣勢(shì)我們都了解后，做出了這樣的設(shè)計(jì)?！?謝叻告訴澎湃新聞， “從手在執(zhí)行時(shí)，用了多少力，都可以通過主屏幕進(jìn)行顯示，這樣可以讓醫(yī)生有更直觀的感受。”

值得一提的是，在這套血管介入手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)中，還用到深度學(xué)習(xí)和圖像識(shí)別。通過這兩項(xiàng)技術(shù)，醫(yī)生在做手術(shù)對(duì)比血管狀態(tài)時(shí)等待的時(shí)間將大大縮小?！拔覀冇萌斯ぶ悄芗夹g(shù)對(duì)血管造影成像進(jìn)行了重構(gòu)，在半秒之內(nèi)，系統(tǒng)就會(huì)給醫(yī)生出具識(shí)別結(jié)果?！敝x叻說。

挑戰(zhàn)來自資金和技術(shù)本身

“整個(gè)項(xiàng)目做到今天，其實(shí)已經(jīng)走了十幾年。一開始我們做了一個(gè)血管手術(shù)的訓(xùn)練器。它并不是直接用來做手術(shù)的，而是用來訓(xùn)練醫(yī)生手術(shù)技巧的。當(dāng)時(shí)這個(gè)項(xiàng)目做了5年。后來我們才做的血管機(jī)器人，機(jī)器人我們又做了4到5年時(shí)間?！?謝叻說。

談到過往做機(jī)器人的困難和挑戰(zhàn)，謝叻說主要來自兩個(gè)方面。一是技術(shù)本身的挑戰(zhàn)，二是外部資金資助的困難。

“項(xiàng)目要繼續(xù)推進(jìn)，需要資金資助，但是項(xiàng)目資金都是階段性的。這也跟我們申請(qǐng)到的資金密度和強(qiáng)度有關(guān)。除了資金外，技術(shù)本身也有難度。舉個(gè)例子，當(dāng)資金到位后，但是技術(shù)本身還需要時(shí)間攻克。我們的力度推送技術(shù)就是這樣，他是一個(gè)螺旋式不斷迭代往前走的，需要時(shí)間?！敝x叻說。

除了上述兩個(gè)困難外，謝叻還提到了一個(gè)外部挑戰(zhàn)?！坝捎陧?xiàng)目研究周期長(zhǎng)，參與項(xiàng)目的研究生在校學(xué)習(xí)時(shí)間一般為3年，新來的研究生又需要一個(gè)學(xué)習(xí)的過程。所以綜合多方面，要完成整個(gè)項(xiàng)目時(shí)間就特別長(zhǎng)。”

我們與國(guó)外的差距在縮小

要說公眾開始普遍接受醫(yī)療機(jī)器人，應(yīng)該從達(dá)芬奇醫(yī)療機(jī)器人開始?！拔覀€(gè)人感覺，達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人進(jìn)入中國(guó)使用后，你再和醫(yī)生聊合作研究，他們才覺得靠譜，才愿意投入更多的經(jīng)歷更你合作。但相比國(guó)外，我們還是起步稍晚一些，從2008年以后，才有陸陸續(xù)續(xù)的高校、研究所，以及公司投入很大精力和資金開始研究?！敝x叻告訴澎湃新聞。

起步雖晚，但在謝叻看來，國(guó)內(nèi)醫(yī)療機(jī)器人的發(fā)展速度更快?！爸饕蛟谟谖覀兗芯ν度敫螅谶@個(gè)領(lǐng)域里，科技部有機(jī)器人專項(xiàng)資金，基金委還有一些機(jī)器人的專項(xiàng)資金?？梢哉f我們投入巨大?！?/p>

另外與醫(yī)院的緊密合作，也讓國(guó)內(nèi)的醫(yī)療機(jī)器人項(xiàng)目變得更加有效。據(jù)謝叻介紹，他們的心血管介入機(jī)器人系統(tǒng)劉與上海市胸科醫(yī)院進(jìn)行合作?！拔覀兿到y(tǒng)上做的任何一個(gè)改變，都要得到醫(yī)生的認(rèn)可，這些改變必須對(duì)他有幫助。否則我們就變成了閉門造車，我們提供了技術(shù)，但臨床上卻用不了。這是不行的。醫(yī)生提供的反饋和需求，對(duì)我們的項(xiàng)目成功起到很重要作用?！?/p>