《科学》子刊:自动导航的心脏修复机器人诞生!

2019-05-05 奇点网

近日,波士顿儿童医院的G. Fagogenis和P. E. Dupont等开发的一款机器人,成功实现了心脏内的自动导航,从心尖一路找到主动脉瓣上的病变位置,再由医生进行修补。相关研究发表在Science Robotics上。

心脏病是当今世界的一大健康威胁。像冠心病、心脏瓣膜病等的治疗中,除了使用药物控制病情,通过手术打开堵塞的血管、修复或更换受损的瓣膜,也是很重要的一部分。相比需要打开胸骨暴露心脏的开胸手术,经血管或心尖进入心脏的微创导管手术,在术后恢复等方面具有很大的优势。

但心脏微创手术做起来也不容易。手术在不透明的血液中进行,医生只能穿上铅衣通过x光观察。且不说辐射对医生和患者的伤害,单就那一身防护用的铅衣,奇点糕是穿上十几分钟就腰酸背痛了。

如果这些操作都能自动完成就好了!不过手术操作比较复杂,让机器人自动去完成可能比较难,但哪怕能让导管自动找到病变位置也行啊。对此,Fagogenis和Dupont等展开了研究。

研究人员遇到的第一个问题就是血液中的能见度,以往那种基于图像识别的机器人,在心血管里肯定是两眼一抹黑。既然看不见,导管在血液中只能摸黑前进,要不就让它摸着走吧。

为此,研究人员开发了一种被称为“触觉视觉”的传感模式,可以对导管末端所接触的物体成像(视觉部分),并结合导管末端的受力情况(触觉部分),分析它所接触到的是血液、组织还是瓣膜,并以此导航,寻找病变部位。同时,机器人也可以接受医生的遥控操作。

有了这套心内导航系统,研究人员在主动脉瓣瓣旁泄露的猪心模型上,测试了它从心尖进入寻找病灶的能力。瓣旁泄露是瓣膜置换术的一种并发症,可由植入的瓣膜缝合不良、感染、钙化等因素引起。常规的经导管瓣旁泄露封堵目前大约需要29.9±24.5分钟的x线透视照射。

研究人员先通过术前检查,确定了泄露的位置,然后让导管末端先找到心室壁,再沿着心室壁到达主动脉瓣,最后沿着瓣膜环找到泄露的位置。而为了便于机器人定位,研究人员还在之前植入猪心中的带有3个泄露位置的瓣膜上缝上了彩色线条。

在从心尖经心室壁到达主动脉瓣的这一段过程上,5头猪上总共90次的试验中,自动导航成功完成了89次,成功率接近99%!速度上,自动导航也比医生操控下的遥控导航快,但不如传统的手动操作。

不过在动脉瓣周寻找泄露点这一步,或许是有颗心脏里的路不太好找,自动导航的成功率就不是很高了,在3头猪上进行的共65次试验中,只成功了43次,成功率只有66%,速度也不如遥控操作和手动操作。

接下来,研究人员对从心尖到病灶的完整过程进行了测试。在5头猪上进行的83次试验中,有79次(95%)成功到达了病灶,平均用时39±17s,与遥控操作(34±29s)和手动操作(31±27)接近。

在导航的准确性上,自动导航与人工操作也相差无几。在两头猪上进行的38次试验中,自动导航后导管末端与病灶中心位置的平均距离为2.9±1.5mm,而人工操作下则为3.0±2.0mm。

论文作者Dupont表示:“这一自主机器人可以帮助外科医生进行复杂的手术,减少疲劳。让外科医生能够专注于最困难的操作,从而提高手术效果。”

接下来,Dupont的研究团队将尝试在经血管的介入治疗中使用这一系统,未来还将继续尝试将其用于经气管、胃肠道和脑室的微创手术,让更多的医生可以专注于手术中最难的部分。

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zha***n2019-10-09 23:45:28

心脏微创手术的先锋👍

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