介入手術(shù)機(jī)器人的開發(fā)難點

介入機(jī)器人在產(chǎn)業(yè)化中面臨一些獨有的工程難題，絕對不是一個容易產(chǎn)業(yè)化的醫(yī)療器械，并且也有國外專利的圍追堵截。下面筆者簡單列舉幾個開發(fā)的難點。

（一）無菌耗材

介入手術(shù)機(jī)器人的一個很有價值的專利點（或者贏利點）就在無菌耗材上，由于介入器械很長，與機(jī)器人的接觸面積可能很大，而且介入手術(shù)中，血液為主等液體很容易滲入機(jī)器人，在如何格擋機(jī)電結(jié)構(gòu)上是個難題。一個極端案例就是Microbot LIBERTY, 干脆整個機(jī)器人是一次性的。多數(shù)機(jī)器人系統(tǒng)使用了大塊的塑料無菌盒來隔絕介入器械和機(jī)器人的機(jī)電結(jié)構(gòu)，如Corpath系統(tǒng)是最具代表性的。一些系統(tǒng)，如奧朋和魯班可能只在與器械接觸的夾爪上使用了一次性耗材，而機(jī)器人本體則被無菌布包裹。

（二）夾持系統(tǒng)

介入器械的夾持系統(tǒng)只要由摩擦輪和夾爪兩種，而細(xì)小器械（如400微米左右直徑的導(dǎo)絲）的夾持沒有想象中那么簡單，脫滑，彎折等情況很容易出現(xiàn)，并且多數(shù)介入器械上表面上有脆弱的涂層，過大的夾持力也能破壞這些涂層。

（三）器械更換

介入手術(shù)需要頻繁地更換手術(shù)器械，如換不同尺寸，形狀，功能的導(dǎo)管導(dǎo)絲，這個步驟非常復(fù)雜，目前只能人工代替。而這是機(jī)器人完全覆蓋介入手術(shù)的一個大難點之一。更換器械需要在保證體內(nèi)器械位置不變的情況下，運(yùn)用合適的力道和技巧移開不需要的手術(shù)器械，這個以目前的機(jī)器人技術(shù)來說，都很難解決。

  一些懸而未決的問題

上面提到，介入手術(shù)機(jī)器人的終極目標(biāo)就是讓一整臺介入手術(shù)都可以讓機(jī)器代替人手去完成，從而能夠隔絕所有醫(yī)務(wù)人員的輻射（不僅僅是主要操作人員）。而手術(shù)機(jī)器人這一大類的終極目標(biāo)之一是完成人類醫(yī)生很難或者不能完成的治療，并且有高度的自動化程度。

而介入手術(shù)機(jī)器人的當(dāng)前發(fā)展進(jìn)度離這些目標(biāo)都還很遠(yuǎn)。除了能夠減少醫(yī)務(wù)人員的輻射量以外，用機(jī)器代替部分人手，在對患者的輻射保護(hù)，以及治療質(zhì)量上并沒有什么可觀的提升。下一段就介入機(jī)器人的一些未被解決的難點和未來發(fā)展方向進(jìn)行展望。

（一）圖像

目前介入手術(shù)大量依靠X射線顯影，而且主要是二維圖像，還有對患者醫(yī)務(wù)人員的輻射。目前的介入機(jī)器人系統(tǒng)在圖像導(dǎo)航方面下的功夫較少。相信未來在三維成像，人工智能圖像分割方面有很大發(fā)展。介入手術(shù)在未來另有可能使用MRI進(jìn)行圖像導(dǎo)航，相關(guān)的無磁/弱磁介入機(jī)器人平臺已經(jīng)在學(xué)術(shù)界涌現(xiàn)。

（二） 觸覺和力反饋

有相當(dāng)一部分醫(yī)生抱怨主從控制的醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)缺失了觸覺反饋功能，而且在介入領(lǐng)域非常明顯，一些醫(yī)生的技術(shù)是依靠手持器械微弱的觸覺反饋。

目前的技術(shù)很難解決這個問題，考慮到器械在人體中的各種復(fù)雜的力，無法在器械上放置力傳感器等問題，精確的力傳感都很難做到，更何談觸覺反饋？

另一些醫(yī)生則完全依靠圖像來判斷器械與組織的接觸，不認(rèn)為觸覺反饋的重要性。所以介入機(jī)器人是否應(yīng)該具有觸覺反饋是存在爭議的。不過對于介入器械異常作用力的感知是很重要的，它可以減小破壞血管組織的風(fēng)險，多個介入機(jī)器人已經(jīng)配備了這種防護(hù)功能。

（三）自動化與人工智能

人工智能在手術(shù)機(jī)器人的應(yīng)用非常火熱，幾乎可以在所有宣傳手冊上看到，但是現(xiàn)實是很骨感的，不僅拿證挑戰(zhàn)大，技術(shù)上仍有很多難題。

首先自動化手術(shù)需要對手術(shù)的進(jìn)行狀況進(jìn)行智能的分析，主要的信息來源就是圖像，剛才提到了，精準(zhǔn)分割成像不那么穩(wěn)定清晰的介入器械仍然沒有被完美解決。缺少三維圖像也給精準(zhǔn)路徑規(guī)劃造成了難題。

另外由于介入器械的柔性和在體內(nèi)復(fù)雜的運(yùn)動表現(xiàn)，會出現(xiàn)遲滯（hysteresis）現(xiàn)象, 醫(yī)生常常發(fā)現(xiàn)，手中操作的導(dǎo)絲，在X射線圖像上并沒有表現(xiàn)出應(yīng)有的運(yùn)動，那是因為許多運(yùn)動在器械長距離和組織接觸中被隱藏了。更可怕的是，這種隱藏的能量積攢到一定程度可能會突然釋放，比如導(dǎo)管在體內(nèi)莫名地轉(zhuǎn)了幾圈，增加了血管傷害的風(fēng)險。準(zhǔn)確預(yù)判和補(bǔ)償這種遲滯現(xiàn)象對人工智能輔助介入手術(shù)的挑戰(zhàn)很大。

使用現(xiàn)有的深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)似乎很難解決這些問題，并且在拿證方面也似乎遙遙無期。但是畢竟介入手術(shù)已經(jīng)是較低風(fēng)險的微創(chuàng)手術(shù)，柔軟的器械，相對簡單的運(yùn)動也最有希望首先在手術(shù)上實現(xiàn)高級自動化。

這里，Corpath提供另一種自動化手術(shù)的路徑，最近兩年Corindus主打的就是自動手術(shù)模塊，通過將醫(yī)生常使用的器械操作手法記錄并讓機(jī)器人自動運(yùn)行，據(jù)說可以減少手術(shù)的時間，并且一些手法可以用機(jī)器實現(xiàn)頻率和功率的放大，也是變相完成一些人手不能完成的動作。這些功能一部分已經(jīng)通過了FDA認(rèn)證。相信這些短小的自動化步驟，可以讓更高級的智能連接起來，在醫(yī)生的監(jiān)督下，實現(xiàn)更長，更復(fù)雜的自動化介入步驟。

介入手術(shù)機(jī)器人的發(fā)展非常迅速，從機(jī)電設(shè)計、應(yīng)用拓展、5G遠(yuǎn)程操控，甚至人工智能方面多點開花。這個領(lǐng)域我們國產(chǎn)機(jī)器人的創(chuàng)新較為迅猛，同時已經(jīng)入場的企業(yè)也非常之多，國外也有若干個創(chuàng)業(yè)公司蓄勢待發(fā)，介入手術(shù)機(jī)器人的競爭已經(jīng)非常激烈，政府集采同時也給心腦血管醫(yī)療器械開發(fā)增加了不確定性。希望未來技術(shù)的發(fā)展，能夠使介入機(jī)器人給人類健康提供更大的價值。