血管介入机器人的初步临床应用

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1、 594 中华外科杂志2014年8月第52卷第8期 Chin J Sury,August 2014,VoL 52,No8论著61管介入机器人的初步临床应用徐武夷卢旺盛刘达贾博惠瑞刘龙赵德鹏王大明田增民【摘要】目的验证血管介入手术机器人系统应用于临床血管介入手术的可行性与安全性。 方法2013年3月至9月共10例患者行全脑血管造影术，其中男性6例，女性4例;年龄19 58岁, 平均38. 4岁。乎术由神经外科医师和血管介入机器人共同完成，在人工完成股动脉鞘穿剌后，将造 影管固定于机器人，专家在图像导航的引导下操作机器人主端，指令通过网络传输介入导管手术室内 的机器人从端，完成全脑血管造影术。记录

2、从股动脉鞘1&入后开始至全脑血管选择性造影结束的时 间(手术时间)，同吋记录医生在X线下暴霍匸作时间，记录导管运动设定靶点与实际操作机器人达 到的位逬差别(定位精度)。结果 机器人在25 -41 min内完成全脑血管造影术，平均完成时间 (31 5) min,手术过程顺利，无手术并发症，远程定位将度达到(1.03 0.23) mm0工作人员在X 线下暴我时间为Omin。整个手术过程基本实行了机械化和fl动化，无手术并发症。结论 血曾介入 手术机器人系统基本上达到减少医生接受辐射的初步冃的，同时在图像导航加强基础上方便了介入 操作,缩短手术时间，为提高手术质敏创造了有利条件。【关键词】放射学，介

3、入性；外科手术，微创性；机器人Preliminary clinical application of vascular interventional robot Xu Wuyi * , Im Wangsheng. Ilu Da, Jia Bo, Hui Rui. Liu Long、Zhao Depeng, Wang Darnings Tian Zergmin. Department of Neurosurgery、Navy General Hospital of Peoples Liberation Army, Beijing 100048、ChinaCorresporuling author

4、: Tian Zengmin t Email ：tianzengmin tip. sina. comAbstract Objective To verify the feasibility and safety of the vascular interventional vascular interventional surgical robot system applied to vascular interventional operation Methods From March to September 2013, 10 patients had undergone robot-as

5、sisted cerebral angiography .There were 6 male and 4 female patients; aged from 19 to 58 years, with an average age of 3& 4 years. The operation were carried out by neurourgens and vascular intenentional robot. After successfully implanted of femoral artery sheath by hand, the catheter was fixed on

6、the robot. under lhe guidance of navigation image lhe surgeon manipulate the master part and control the slave part of robot by sending command through network transmission finally finished the whole cerebral angiography The operation time was recorded from placing the sheath into femoral artery to

7、finishing cerebrovascular selective angiography t simultaneously the time of staff under exposure of X ray was recorded f and the position difference between the setted targets and the actual position( positioning accuracy ) Results It l(x)k 25-41 minutes to finish the cerebral angiography. the aver

8、age time was (31 5) minutes, and the robo卜assisted angiography went quickly and smoothly without surgical complications. The remote positioning accuracy was (1. 03 0. 23) mm. The time of staff under exposure of X ray was 0 minute, the entire experimental process was basically implemented mechanizati

9、on and automation Conclusion This system basically achieves initial medical purposes、such as reducing the radiation, facilitating interventional procedures on the basis of enhancing the image navigation, shorting lhe operation time, and improve the quality of operation.Key words Radiology t interven

10、tional; Surgical procedures, minimally invasive; Robotics 594 中华外科杂志2014年8月第52卷第8期 Chin J Sury,August 2014,VoL 52,No8 594 中华外科杂志2014年8月第52卷第8期 Chin J Sury,August 2014,VoL 52,No8心脑血管疾病已经成为人类疾病死亡的主要原 因，血管介入手术口前已成为其主耍的治疗方法。DOI ：10. 3760/cma. j. issn. 0529-5815. 2014. 08. 008作若草位:100048北京海军总医院全军神经外科中心（徐

11、武 夷、卢旺盛、贸博、盘瑞、田增民）；北京航空航夭大学机器人研究所 （刘达、刘龙、赵徳駅）；卫生部北京医院神经外科（王大明）通信作者：田RvEmail:tianzengmin vip. sina. com 近年来机器人技术、计算机技术与远程通讯技术的 共同发展，促进了机器人技术在陕疗外科中取得迅 速发展，它的优势在于克服不良的工作环境,实现精 确控制，突破常规手术的空间限制，增强医疗专家的 能力等。而血管介入机器人作为-项有前景的技术 我们已经生产岀样机，并成功进行了动物实验2】， 同时与H方合作应用机器人进行远程遥控操作动物血管造影术。在此基础上经过海军总医院医学 伦理委员会批准，我们应用此

12、机器人进行了初步临 床应用，完成10例全脑血管造影术,并取得满意效 果，为临床的广泛应用打下良好基础,现报告如下。资料与方法一、一般资料从2013年3月至9月共有10例患者采用血管 介人机器人辅助全脑血管造影术，其中男性6例，女 性4例;年龄19-58岁，平均38. 4岁。4例为自发 性脑出血患者,4例为颅内动脉瘤术后复发患者, 2例有动眼祖经麻痹考虑有动脉瘤可能。全部病例 均经过海军总医院医学伦理委员会批准并获得患者 的知情同意书。二、VIR-2型血管介入机器人系统血管介人机器人主要包括机构推进主从系统和 三维图像导航系统两部分。VIR-2型血管介入机器 人系统在V1R型血管介入机器人系统的

13、基础上 对机构推进主从系统及三维图像导航系统的计算方 法均进行了更新设计。1. 血管介人机器人的机构推进主从系统 （图1 2）：根据血管造影手术的要求，完成机器人 机构设计，机器人在手术过程中完成导管的直线进 退和旋转运动。包括主从两部分，主端是远离射线 环境并与网络联接的远程端，受主刀医生操控，抬导 从端部分运动;从端指在介入手术床边直接推进导 管的机构推进系统，二者可通过有线或网络来联络。2. 三维图像导航系统:主要包括视觉定位系统 和基于双角度数字减影血管造影（digital substraction angiography.DSA）图像的三维血管快速 重建。利用视觉定位系统获取C形臂X

14、线机的位 置参数是导航系统实现的前提,双角度DSA图像进 行血管三维快速重建，以此三维血管路径图进行导 航定位和引导介入手术。三、手术方法本手术由海军总医院神经外科专家与北京航空 航天大学专家合作，应用VIR2型血管介入机器人 完成。主端远程控制台位于介入手术室外的监控 室，从端机器人位于床旁。对直接与导管接触的机 器人部分提前1天应用4%甲醛水溶液蒸气消毒备 用，固定好机构推进系统与机械臂的连接部分，即时 用酒精消毒。对患者取平卧位，常规铺单消毒后，右 侧腹股沟处局部麻醉成功后，人工用Seidinger法将 5 F鞘插人股动脉内,之后将5 F单弯造影管固定于 从端机器人的推进系统内，用机械臂

15、固定好机构推 进系统并调整好位置，同时用三通连接好高压注射 器和盐水滴注系统。专家在介人手术室外的监控室 操作VIR-2型机器人主端，在图像导航的引导下，通 过局域网，操作主端，指令通过网络传输控制介入手 术室内的VIR2型机器人从端，手术现场的导管运 动轨迹直接通过网络传输到主端，术者根据情况进 行手术操作,必要时进行路图或选择性血管造影，应 用三维图像导航系统作导航，最后完成血管介入机 器人辅助全脑血管造影术（图3）。每例患者均行选择性双侧颈动脉及双侧椎动脉 造影术，对可疑动脉瘤者行三维造影检査。每例病 例均记录从股动脉梢置入后开始至全脑血管选择性 造影结束的时间（手术时间），同时记录医生

16、在X线 下暴露工作时间，记录导管运动设定靶点与实际操 作机器人达到的位置差别（定位精度）。结 果血管介入机器人辅助全脑血管造影术手术过程 顺利，机器人在25-41 min内进行全脑血管造影术,平均完成时间（31 5） mino 4例诊断为颅内动 脉瘤,1例诊断为脑血管畸形,5例为正常脑血管，其 594 中华外科杂志2014年8月第52卷第8期 Chin J Sury,August 2014,VoL 52,No8 594 中华外科杂志2014年8月第52卷第8期 Chin J Sury,August 2014,VoL 52,No8图I血管介人机器人机构椎进系统主端（1A为侧面.1B为俯觇图）图2

17、血符介人机器人机构推进系统从端 图3操作医生控制机 器人主端演示中华外科杂志 2014 年 8 月第 52 花第 8 期 Chin J Sury,August 20l4,oL 52,No. 8 595 中颅内动脉瘤和脑血管畸形进行了手术处理，结果 良好。全脑血管造影见图4 6。定位操作均一次 性完成，远程定位精度达到（1.03 0.23） mmo工 作人员在X线下暴露时间为Omin。除血管鞘导入 股动脉操作需要医生直接参与外，其他手术操作均 由医生控制机器人来完成，整个手术过程基本实行 了机械化和自动化。患者未发生感染、动脉夹层和 斑块脱落造成的脑梗死等手术并发症。讨 论外科机器人在现代外科的

18、应用正在迅速向前推 进，目前以达芬奇医用机器人为代表的机器人外科 技术在微侵袭心外科、腹部外科和泌尿外科等领域 得到初步尝试。作为医学第三大支柱的血管介 入医学，其优点是创伤小、安全、有效、术后恢复快和 并发症少，但也存在明显缺陷，如暴蘇在射线环境、 人手操作不稳定和医生疲劳等不炬；因此人们为克 服这些缺陷，将机器人技术引入血管介入手术领域, 目前国外包括日本、英国和以色列国家正在开展这 方面的初步研究”，并逐渐应用于临床，而国内尚 无此方面的研究。我们在完成机器人辅助立体定向 手术1 400余例基础上吨，在确定血管介入机器人 的特点与功能后，最后研制出具有自主知识产权的 血管介入机器人样机，

19、之后成功开展动物血管造影 研究，我们在此基础上进行改进并进行临床研究。作为初步临床应用，我们选择脑血管的主要分 支血管（双侧颈内动脉和椎动脉，血管直径4 6 mm）作为目的血管。血管介入机器人辅助手术过 程顺利,DSA平均完成时间（31 5） min,无手术并 发症,达到诊断手术目的。工作人员在X线下暴露 时间为Omin。这次应用表明整个血管介入机器人 系统是安全和可行的，本系统实现了导管的远程操 作，避免了射线对工作人员的损害，基本上满足全脑 血管造影的要求，为进一步开展深入的临床应用打 下坚实基础。本血管介入机器人系统采用的是具有冗余度的 机器人新构型，导管的远程定位精度达到（1.03 0

20、. 23） rmn,符合血管介入外科手术操作的需求，为 拓展应用打下良好的垄础。综合分析VIR2型血管介入机器人的特点与优 点：（1）采用新型设计，更符合人体工学设计，主端 与手术医生的操作习惯吻合度更高，更容易受医生 操控；（2）三维医学图像导航，可引导术者快速、 准确地将导管推进到指定的病灶位置顺利完成手 术，简化操作,提高了手术质tt;（3）最小力觉传感 器的应用，在动物实验上微小力传感器被安装在导 管前端，手术中实时获取导管与血管间的碰撞信息, 有效降低手术风险】，但因空间限制，在此次临床 应用中没有使用，从安全角度来讲此项技术的应用 是很有必要的，当然需要技术的进一步突破。中华外科杂

21、志 2014 年 8 月第 52 花第 8 期 Chin J Sury,August 20l4,oL 52,No. 8 595 中华外科杂志 2014 年 8 月第 52 花第 8 期 Chin J Sury,August 20l4,oL 52,No. 8 595 位5H：制位）和圧惟动脉（6：正位6恥侧位）彫像学提示左侧 的部术石町#示动脉附夹彫其余血管大致止常图4-6患不刃性6岁主因脑|A1 n納术斎发作性肢体捕播 I年余”人院fritiin介入机器人辅助全脑血竹造影术造影结果 餘右側91内动U：（4A皿位.4B：M位）、左侧乂内动脉（5A：正 596 中华外科杂志 2014 年8 月第

22、52 卷第 8 期 Chin J Surg, August 2014,Vol. 52.、o,8从整个系统上右，本系统基本上达到减少医生 接受辐射的初步目的，同时通过操纵从端机器人医 生可完全掌控导管运动，减少了人手震颤的影响,同 时在图像导航加强基础上方便了介入操作，为提高 手术质量创造了有利条件，当然本系统还右一些不 足，比如夹持导管导丝不方便与介入手术台的空间 结合布置不是太合理，这有待下一步继续研究并 完善。参考文献1 田增民，卢旺盛.王大明.等血管介入机器人的血管造影实验 研究中华外科杂志,2010.48（13）:1013-1015.2 Lu WS. Xu WY. Zliang J9

23、el al Apphcation study of medical robots in vascular intervention J IrH J Med Robot ,2011.7（3）： 361366.3： Lu WSt Wang DM, Liu【）.et al Regarding M Application of mbotic trlrmanipulahon system in vascular interventional surger） * J J VaSug 2013. 57（5）:1452-1453Nakadi IE, Mlot C. Closset J, et al Evalu

24、ation of（1a vinci nissen funduplication clinical results afid cosl minimization r J J World J Su!k.2006,30（6）： 1050-1054.5 Guo S. Kondo H, Wang J v et al A new catheter operating system for medical applications C / Proceedings of the IEEE/ICME hitemational Conference on Complex Medical Engineering.

25、Beijing, 2007 Beijing：IKEE. 2007：82-86.6 Saliba W, Cummings JE. Oh S. et al. Novel robotic catheter remote control syMem: feasibility and safety of transseptal piinctun* and endocardial catheler navigation J J Cardiovax: Elcc0. 05.P 0.05和PvO.Ol三种表达方式，无须再细分为P0.00l或P 0.0001。当涉及总体参数 （如总体均数、总体率等）时，在给出显音件检验结果的同时，应再给出95%可信区间。