血管腔内介入手术机器人导航系统研究进展

血管腔内介入手术机器人现已逐渐用于临床,可远程控制手术操作,使医师免受辐射,且手术精准度更高,并有助于缩短手术时长。如何完善触觉反馈及发展手术导航是血管腔内介入手术机器人领域的研究热点。本文就图像融合血管三维导航、电磁跟踪、血流动力学辅助导航及图像引导血管腔内介入手术机器人自主导航的原理及应用进行综述。     

血管介入手术机器人及其力反馈技术研究进展

血管介入手术是一种利用导管和导丝等器械，在视觉影像引导下，通过皮肤微创穿刺进入血管，对病变部位进行诊疗的手术方式。它具有创伤小、恢复快、并发症少等优点，已成为心脑血管疾病等多种疾病的首选治疗方法。然而，由于血管的狭窄性和复杂性，在血管内部操作导管难以做到，加重了医生的认知负荷，延长了手术时间，继而增加操作者和患者的疲劳程度以及手术风险。另一方面，血管介入手术对医生操作熟练程度要求高，而可以开展大量手术的医生数量有限。这些都大大限制了血管介入手术的广泛应用。为了解决这些问题，机器人辅助血管介入手术因其精确性、灵活性、便捷性已经受到患者和医生的共同期待，是实现血管介入手术远程化、智能化、数字化的重要手段。然而，相对于血管介入手术机器人图像导航、机械臂结构等其他关键技术，力反馈技术仍然有较大空白，力反馈的缺失使其在复杂困难病变、钙化病变、慢性闭塞病变中的应用受到了限制。故笔者在此分析血管介入手术机器人力反馈技术的基本问题、实现方式和技术需求，并结合国内外研究进展，探讨了力反馈技术的发展方向，为血管介入手术机器人力反馈技术的研究提供了理论参考和实践指导。从工程设计的角度出发，从人手感知力问题和...     

血管介入手术机器人系统关键技术及研发现状

血管介入治疗作为一种微创治疗方法已被血管外科、心血管内外科及神经内外科等不同学科所广泛应用。传统血管介入手术依靠透视下手对导管导丝的操作,可持续性及精确性存在一定问题;同时操作者在长期X射线暴露及铅防护围裙负重中承担了较高的职业危害风险。血管介入机器人系统具有明显减少操作者X射线暴露、成像定位精准、操作准确稳定的优点,在减少器械与血管壁接触、操作颤抖的同时,增加操作者舒适感,目前已经成为医疗机器人的研究热点。笔者在此介绍血管介入手术机器人系统的图像导航、机械臂结构、力反馈及安全性能等关键技术,并对目前国内外血管介入手术机器人系统的研究进展进行阐述,通过临床应用阐明该技术在血管介入手术机器人系统中的重要意义,探讨关键技术的发展趋势。尽管技术的进步使得血管介入手术机器人系统有了长足发展,但需要看到的是,目前的介入手术机器人系统仍然存在较多不足：触觉力学反馈的缺乏使其在复杂困难病变、钙化病变、慢性闭塞病变中的应用受到了限制;同时缺乏适用操控各类目前已经商品化的导丝、导管、球囊、支架等血管腔内器具,频繁更换介入器材会导致手术时间的增加,进一步降低了手术的可操控性。人工智能与5G通信技术的快速发展,将为机器人系统辅助下的血管介入手术提供更加精准化、规范化的发展方向。并且在人工智能基础上,血管介入机器人系统与腔内影像设备的一体化融合及虚拟现实技术的应用将为精准血管介入提供更为广阔的前景,指明了血管介入手术机器人系统未来研究方向。血管介入手术机器人系统的发展,是符合目前对于精准医疗的趋势,为血管介入医师提供一种保护,但仍然需要更多的时间去完善、精进这项技术,同时需要制定其应用的适应证和禁忌证,建立标准程序,并通过大量临床试验来评估血管介入机器人系统的长期疗效,使得这项技术能够得到更广泛的应用。     

血管介入机器人的血管造影实验研究

目的 验证血管介入手术机器人系统应用于血管介入手术的可行性及安全性.方法 血管介入机器人主要包括机械推进系统和图像导航系统两部分,采用主辅结构.外科医生处于主站点位置,发送控制指令到处于辅位置的机器人,机器人将指令转化为导管动作.在玻璃模型预实验和动物实验中,外科医牛通过远程控制血管介入机器人,将导管插入到预定的目标,最后评测导管定位误差及手术时间.结果 玻璃检测血管模型预实验中,在机器人的操纵下,造影导管可以进入一个任意分支血管模型,导管定位误差<1 mm.在10只成年犬上成功进行机器人血管介入手术.犬的肾动脉与椎动脉造影均顺利进行,无手术并发症,实验平均用时35 min,医生未暴露在射线下.结论 血管介入手术机器人系统是安全和可行的,可实现导管的医生远程操作,基本上满足血管造影的要求.     

血管介入机器人的血管造影实验研究

目的 验证血管介入手术机器人系统应用于血管介入手术的可行性及安全性.方法 血管介入机器人主要包括机械推进系统和图像导航系统两部分,采用主辅结构.外科医生处于主站点位置,发送控制指令到处于辅位置的机器人,机器人将指令转化为导管动作.在玻璃模型预实验和动物实验中,外科医牛通过远程控制血管介入机器人,将导管插入到预定的目标,最后评测导管定位误差及手术时间.结果 玻璃检测血管模型预实验中,在机器人的操纵下,造影导管可以进入一个任意分支血管模型,导管定位误差<1 mm.在10只成年犬上成功进行机器人血管介入手术.犬的肾动脉与椎动脉造影均顺利进行,无手术并发症,实验平均用时35 min,医生未暴露在射线下.结论 血管介入手术机器人系统是安全和可行的,可实现导管的医生远程操作,基本上满足血管造影的要求.     

血管介入机器人的血管造影实验研究

目的 验证血管介入手术机器人系统应用于血管介入手术的可行性及安全性.方法 血管介入机器人主要包括机械推进系统和图像导航系统两部分,采用主辅结构.外科医生处于主站点位置,发送控制指令到处于辅位置的机器人,机器人将指令转化为导管动作.在玻璃模型预实验和动物实验中,外科医牛通过远程控制血管介入机器人,将导管插入到预定的目标,最后评测导管定位误差及手术时间.结果 玻璃检测血管模型预实验中,在机器人的操纵下,造影导管可以进入一个任意分支血管模型,导管定位误差<1 mm.在10只成年犬上成功进行机器人血管介入手术.犬的肾动脉与椎动脉造影均顺利进行,无手术并发症,实验平均用时35 min,医生未暴露在射线下.结论 血管介入手术机器人系统是安全和可行的,可实现导管的医生远程操作,基本上满足血管造影的要求.     

CT血管造影-实时X线影像融合技术在血管疾病诊治的应用及进展

CTA-实时X线影像融合技术对血管腔内治疗的意义重大。已有的影像检查技术都各有优劣,如今在影像融合技术的研究上以CTA、核磁共振成像、磁共振血管造影、3D-DSA等多模式医学影像融合为主,但这类技术并不能很好地满足血管腔内介入手术对于血管形态位置和介入器械位置的显示需求,而CTA-实时X线影像融合技术则可取二者之长,在血管腔内介入手术过程中既能实时展示介入器具的动态,也能显示血管的形态结构和空间位置,可为支架的精准植入提供帮助,从而减少造影剂的使用剂量和手术时间,使临床医生能更精准地完成复杂的血管腔内介入手术[1-3]。现将CTA-实时X线影像融合技术在血管疾病诊治的应用及进展进行综述并报告如下。     

血管介入机器人临床应用报告

目的验证血管介入机器人(VIR)系统应用于血管介入手术的可行性与安全性。方法对1例成年女性,经术前检查和经医院伦理委员会批准及家属签字同意后,行VIR辅助腹主动脉及骼动脉造影术。结果机器人在15分钟内进行腹主动脉及骼动脉造影术,手术过程顺利,无手术并发症。远程定位精度达到1mm。工作人员在数字减影血管造影机下暴露时间为0分钟,整个实验过程基本实现了机械化和自动化。结论本系统基本上达到减少医生接受辐射的初步目的,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,为提高手术质量创下有利条件。     

机器人辅助脊柱手术的应用现状与发展前景

传统脊柱外科手术常面临手术视野差、风险高等问题, 机器人辅助脊柱手术发展迅速, 特别是在螺钉置入方面, 可通过提供三维成像和精确定位来优化手术流程、提高手术精准性、缩短手术时间、减少辐射暴露并改善患者预后。机器人辅助系统还具有较强的影像识别和分析能力, 减少操作的不稳定性, 减轻术者疲劳感, 并允许远程操作。尽管机器人辅助脊柱手术在螺钉置入准确性和降低辐射暴露方面显示出优势, 但其对手术时间的影响则仍有争议, 且高成本也是推广中的一大障碍。长远来看, 机器人辅助脊柱手术需要更广泛的临床验证, 以及对长期效果的观察。技术方面, 未来发展重点包括手术导航与成像技术改善、人工智能集成、远程手术能力提升、机器人功能拓展, 以及伴随着技术发展的政策引导和临床指南的建立。随着技术的进步和逐渐普及, 机器人辅助系统有望在脊柱手术领域扮演更为重要的角色。     

机器人手术系统在结直肠手术的应用

腹腔镜手术改善了结直肠手术患者的短期预后且有着不劣于开腹手术的长期预后,但对骨盆狭窄的低位直肠癌男性患者或肥胖的右半结肠癌患者,因其空间窄、暴露困难及腔镜器械灵活不足,腹腔镜手术的开展存在一定难度。机器人手术系统有视野更清晰、操作更灵活等优点而逐渐在结直肠手术中得到推广,但目前对于机器人手术系统在结直肠领域的应用现状和效果并不明确。本文将从手术机器人在传统结直肠手术中应用、机器人结直肠手术新进展、机器人手术不足三方面进行综述。     

腔内血管外科时代|主动脉疾病的治疗进展

腔内血管外科时代的到来,实现了主动脉疾病手术治疗的微创化。用最小的创伤治疗高危、复杂的主动脉疾病,是未来主动脉外科的发展方向之一。随着腔内血管外科器械的进步和腔内技术的飞速发展,过去诸多血管外科腔内治疗禁忌的疾患成为腔内治疗的适应证,未来20年将是腔内微创治疗的时代。     

机器人辅助腔镜甲状腺手术在中国的发展和现状

机器人手术系统于2007年首次应用于甲状腺手术,其整合了腔镜与传统开放手术的优点,进一步促进了甲状腺微创外科的发展。2014年,笔者单位首先在国内开展机器人甲状腺手术,并为3 200余例患者成功实施手术,截至2023年7月国内共完成11 931例机器人甲状腺手术。其美容效果明显优于传统开放手术,且常用入路的操作及肿瘤学安全性数据也随着开展数量及质量的提高而得到更新,为国内机器人甲状腺手术的开展,提供了经验指导。新技术的发展及临床应用,也同样促进了国产机器人的研发与实践。未来,将会有更多国产机器人投入临床,进一步降低手术成本,使其像腔镜技术一样得以在临床普及。在此,笔者对相关情况作一概述,以便国内同行进一步了解其在中国的发展和现状。     

Initial clinical experience with a partly autonomous robotic surgical instrument server

Background The authors believe it would be useful to have surgical robots capable of some degree of autonomous action in cooperation with the human members of a surgical team. They believe that a starting point for such development would be a system for delivering and retrieving instruments during a surgical procedure. Methods The described robot delivers instruments to the surgeon and retrieves the instruments when they are no longer being used. Voice recognition software takes in requests from the surgeon. A mechanical arm with a gripper is used to handle the instruments. Machine-vision cameras locate the instruments after the surgeon puts them down. Artificial intelligence software makes decisions about the best response to the surgeon’s requests. Results A robot was successfully used in surgery for the first time June 16, 2005. The operation involved excision of a benign lipoma. The procedure lasted 31 min, during which time the robot performed 16 instrument deliveries and 13 instrument returns with no significant errors. The average time between verbal request and delivery of an instrument was 12.4 s. Conclusions The described robot is capable of delivering instruments to a surgeon at command and can retrieve them independently using machine vision. This robot, termed a “surgical instrument server,” represents a new class of information-processing machines that will relieve the operating room team of repetitive tasks and allow the members to focus more attention on the patient.     

脊柱手术机器人在脊柱外科手术中的应用进展

过去十年间,智能医疗技术已经成为研究的热点方向,并衍生出图像辅助AI和肿瘤诊断辅助系统等一系列技术.在外科领域,外科机器人是最有吸引力的智能技术之一.经过近十年的发展,机器人在脊柱外科手术中显露出巨大优势,已有大量关于准确性和辐射量的研究报道.但是,文献查阅过程中亦暴露出机器人的一些不足,促使我们对脊柱机器人的综合评价进行了回顾.此综述总结了已发表文章中提到的结果和我们已总结而未发表的结论,希望这些总结有助于研究人员将来对机器人进行针对性的改进,并拓宽脊柱手术机器人的未来方向.脊柱手术机器人技术被认为在未来应用中前景光明,但是与其他现有的应用技术相比,亟须解决应用范围窄、应用深度浅和优势不突出的缺点.     

吲哚菁绿荧光导航技术在腹腔镜肝胆胰外科手术中的研究进展

近年来,随着吲哚菁绿（ICG）荧光导航技术在医学各个领域应用的日益广泛,该技术也越来越成熟,尤其是在腹腔镜肝胆胰外科手术中的发展日趋完善。ICG在肝脏外科手术中的应用主要包括界定肝肿瘤病灶边界、侦查微小病灶、检测切缘残留病灶、实时标记肝段和手术切肝平面,有效减低手术风险并提高R₀切除率;在胆道外科中主要涉及肝内胆管癌、胆囊切除,识别术中胆汁漏,避免胆管损伤,降低术后并发症的发生率。ICG显像联合腹腔镜胰十二指肠切除术可精准判断胰腺肿瘤与血管的解剖位置关系、定位淋巴结转移等,为外科医生提供非常有用的实时视觉信息。笔者现就ICG联合腹腔镜技术在肝胆胰外科手术中的应用进行综述。     

Endoscopic Vision‐Based Tracking of Multiple Surgical Instruments During Robot‐Assisted Surgery

Robot‐assisted minimally invasive surgery is effective for operations in limited space. Enhancing safety based on automatic tracking of surgical instrument position to prevent inadvertent harmful events such as tissue perforation or instrument collisions could be a meaningful augmentation to current robotic surgical systems. A vision‐based instrument tracking scheme as a core algorithm to implement such functions was developed in this study. An automatic tracking scheme is proposed as a chain of computer vision techniques, including classification of metallic properties using k‐means clustering and instrument movement tracking using similarity measures, Euclidean distance calculations, and a Kalman filter algorithm. The implemented system showed satisfactory performance in tests using actual robot‐assisted surgery videos. Trajectory comparisons of automatically detected data and ground truth data obtained by manually locating the center of mass of each instrument were used to quantitatively validate the system. Instruments and collisions could be well tracked through the proposed methods. The developed collision warning system could provide valuable information to clinicians for safer procedures.     

医源性与非医源性血管内异物的取出策略与方法：附15例报告

背景与目的 近年来,随着介入技术及器械的不断进步,血管内异物（IFB）的取出技术有了一定的进展,但由于异物的类型、留置部位、大小等的不同,IFB取出的操作难度不同。因此,本文中笔者对近年来收治的医源性与非医源性IFB患者的治疗经过进行分析总结,以期为临床诊治此类疾病提供参考。方法 回顾性分析2012年1月—2021年9月中国人民解放军联勤保障部队第九〇〇医院普通外科收治的15例IFB患者资料,对异物来源,残留部位,手术过程等进行总结,并复习相关文献。结果 15例患者中医源性IFB 12例,非医源性IFB 3例;男9例,女6例;年龄21~79岁,平均为（56.67±17.63）岁;手术时间为20~110 min,平均（51±23.62）min;原发病包括外伤性3例,乳腺癌2例,胃癌2例,下肢深静脉血栓形成2例,肺癌2例,肝癌1例,宫颈癌1例,脑梗死伴颈动脉狭窄1例,肾功能不全1例。15例IFB均顺利取出,技术成功率为100%,单纯介入治疗取出异物10例,1例行腹腔镜下异物取出术,4例行传统外科手术切开取出。术前除1例因血管支架移位导致主动脉破裂大出血外,其余患者均未出现相应并发症,如血管破裂、出血、感染、继发性血栓形成等;术后给予抗凝治疗,15例患者经随访,均未出现并发症,超声复查血管通畅。结论 大多数IFB患者可通过急诊手术处理,首选治疗方式采用介入治疗方式,对于简单病例,可通过鹅颈抓捕器进行抓捕异物,而针对较难取出的患者,可通过导丝塑形或改用较大的环形圈套器,操作者术中需耐心操作;对于介入操作困难的病例,可结合临床具体情况,术中中转腹腔镜或开放手术进行治疗,安全性也较好。     

微创外科时代胰腺囊性肿瘤的诊断和治疗

胰腺囊性肿瘤占胰腺囊性疾病的10%～15%,随着影像诊断技术的普及和医疗水平的发展,其检出率不断增加。它多为良性或低度恶性肿瘤,存在恶变可能,需要手术切除,且适合微创手术。当然,胰腺手术并发症率高,仍然是高风险手术,其早期精确的诊断对决定合理的治疗至关重要。对于大多数胰腺囊性肿瘤,胰腺增强CT,必要时结合MRCP或MRI,足以做出诊断。超声内镜检查+穿刺抽液有助于确定诊断和手术时机。手术方式的选择取主要取决于囊性肿瘤的性质及位置。