心血管病是目前全世界范围内威胁人类健康的杀手之一。供应心、脑、肾等重要脏器的动脉血管发生粥样硬化性病变，是心血管病的主要病理基础。这时候就需要进行心血管介入手术。这类手术经患者皮肤穿刺桡动脉或股动脉，在医学影像的引导下，借助人体血管通道将球囊导管、支架导管等介入器械递送至血管病变部位，疏通狭窄或闭塞的冠脉管腔，重建血流通路。
一般来说，血管介入手术需要在专门的导管室中进行，需要X射线成像，才能操作导管、导丝等介入器械。过去医生在手术过程中必须身穿沉重的铅衣，在手术过程中还需要频繁调整角度、病人位置并注射造影剂，手术时间很长，长期在导管室中工作的医生还易出现脊柱病、白内障甚至癌症等职业病。
传统血管介入手术中，医生穿着铅衣、铅帽进行手术
为了解决上述问题，上海交通大学生物医学工程学院教授谢叻、顾力栩团队联合研发了心血管介入手术机器人系统。这套系统可以让医生远离辐射源，利用机器人远程操作手术。近日，在上海交通大学医疗机器人研究院举办的2019国际学术论坛上，谢叻接受了澎湃新闻的专访。
“我们这套系统目前已经做了6例动物实验，效果达到了我们预期的效果。”谢叻说。据他介绍，这套血管介入手术机器人系统主要由两大部分组成：主手控制端和从手执行端，主手执行端主要是由两个操作主手，控制台和图像引导等组成；从手执行端由4个模块组成，分别是导管驱动模块，PTCA导丝驱动模块，球囊导管驱动横块和造影剂模块。
“主从手控制”避免医生受X光辐射
在传统的血管手术中，需要利用X辐射来看清心血管的位置和状态，医生需要穿着防护服站在手术台前进行操作。即便能做到最大的防护，但是眼睛和双手仍需暴露在外。长年累月，医生患有白内障和脑肿瘤的概率升高。
通过血管介入手术机器人就可以避免这样情况。主从手的设计，医生可以在隔离区外操作机器人。主从手的设计还缓解了医生颈椎、腰椎的劳损问题，医生可以不用再穿厚重的防护服。
除了主从手设计外，在谢叻看来，这套设计最创新的一点是对力反馈控制的设计。按照传统做手术的过程，需要用多少力道，尤其是血管手术，能刚好解决问题，又不破坏血管，全靠医生经验来感觉。一旦采取机器人来做手术，该使多少力，医生如何感觉，就成为最棘手的问题。
血管介入手术机器人执行机构组成
据谢叻介绍，这套系统在从手执行机构中，增加了压/扭力觉感知机构，通过主控台主手再现力觉反馈，弥补因主从机器人丧失的力觉，保障手术安全。
“你采用了主从手的方式后，就会产生这个力反馈的问题。如何让医生感知到手术进行时的力道？我们为了解决这个问题，尝试了许多种方法，各种方法的优劣势我们都了解后，做出了这样的设计。” 谢叻告诉澎湃新闻， “从手在执行时，用了多少力，都可以通过主屏幕进行显示，这样可以让医生有更直观的感受。”
血管介入手术机器人控制框图
值得一提的是，在这套血管介入手术机器人系统中，还用到深度学习和图像识别。通过这两项技术，医生在做手术对比血管状态时等待的时间将大大缩小。“我们用人工智能技术对血管造影成像进行了重构，在半秒之内，系统就会给医生出具识别结果。”谢叻说。
挑战来自资金和技术本身
“整个项目做到今天，其实已经走了十几年。一开始我们做了一个血管手术的训练器。它并不是直接用来做手术的，而是用来训练医生手术技巧的。当时这个项目做了5年。后来我们才做的血管机器人，机器人我们又做了4到5年时间。” 谢叻说。
谈到过往做机器人的困难和挑战，谢叻说主要来自两个方面。一是技术本身的挑战，二是外部资金资助的困难。
“项目要继续推进，需要资金资助，但是项目资金都是阶段性的。这也跟我们申请到的资金密度和强度有关。除了资金外，技术本身也有难度。举个例子，当资金到位后，但是技术本身还需要时间攻克。我们的力度推送技术就是这样，他是一个螺旋式不断迭代往前走的，需要时间。”谢叻说。
除了上述两个困难外，谢叻还提到了一个外部挑战。“由于项目研究周期长，参与项目的研究生在校学习时间一般为3年，新来的研究生又需要一个学习的过程。所以综合多方面，要完成整个项目时间就特别长。”
我们与国外的差距在缩小
要说公众开始普遍接受医疗机器人，应该从达芬奇医疗机器人开始。“我个人感觉，达芬奇手术机器人进入中国使用后，你再和医生聊合作研究，他们才觉得靠谱，才愿意投入更多的经历更你合作。但相比国外，我们还是起步稍晚一些，从2008年以后，才有陆陆续续的高校、研究所，以及公司投入很大精力和资金开始研究。”谢叻告诉澎湃新闻。
起步虽晚，但在谢叻看来，国内医疗机器人的发展速度更快。“主要原因在于我们集中精力投入更大，在这个领域里，科技部有机器人专项资金，基金委还有一些机器人的专项资金。可以说我们投入巨大。”
另外与医院的紧密合作，也让国内的医疗机器人项目变得更加有效。据谢叻介绍，他们的心血管介入机器人系统刘与上海市胸科医院进行合作。“我们系统上做的任何一个改变，都要得到医生的认可，这些改变必须对他有帮助。否则我们就变成了闭门造车，我们提供了技术，但临床上却用不了。这是不行的。医生提供的反馈和需求，对我们的项目成功起到很重要作用。”
