【血管介入手術(shù)及其風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警的探究現(xiàn)狀綜述4400字】

血管介入手術(shù)及其風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警的研究現(xiàn)狀綜述目錄TOC\o"1-2"\h\u22488血管介入手術(shù)及其風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警的研究現(xiàn)狀綜述 1109961血管介入手術(shù)研究現(xiàn)狀 1182482血管介入手術(shù)機(jī)器人研究現(xiàn)狀 2228493血管介入手術(shù)及其人研究現(xiàn)狀 41血管介入手術(shù)研究現(xiàn)狀由于我國(guó)人口平均年齡的不斷提高以及出生率的持續(xù)下降，我國(guó)人口老齡化的步伐正在持續(xù)加快，數(shù)據(jù)分析至2050年時(shí)，我國(guó)的老年人口將接近5億人，占我國(guó)總?cè)丝诘倪M(jìn)35%。同時(shí)，心腦血管疾病作為一種在50歲以上中老年人的常見病，它的高患病率、高致殘率以及高死亡率對(duì)人們尤其是中老年人的身體健康造成了嚴(yán)重的威脅。并且心腦血管疾病在治愈后仍然有可能會(huì)對(duì)患者造成后遺癥傷害，例如視力與聽力等感知功能障礙、情感性格改變等神經(jīng)精神功能的受損以及植物人甚至腦死亡等嚴(yán)重后果。這就意味著患者在心腦血管疾病的治療后仍然面臨著身體與心理的沉重負(fù)擔(dān)。嚴(yán)重的后遺癥不僅對(duì)患者來說是沉重打擊，對(duì)于一個(gè)家庭的生產(chǎn)與經(jīng)濟(jì)的影響也是十分深遠(yuǎn)沉痛的。所以心腦血管疾病正在對(duì)個(gè)人，家庭以及社會(huì)的發(fā)展帶來十分沉重的負(fù)擔(dān)與沉痛的影響，并且這個(gè)影響還在不斷地加重。血管介入手術(shù)作為一種新興的診斷與治療心腦血管疾病的醫(yī)療方法，在近幾年得到了快速地發(fā)展。在血管介入手術(shù)的過程中，醫(yī)生在計(jì)算機(jī)斷層掃描（CT）的輔助下，根據(jù)患者X光下的醫(yī)學(xué)影像，運(yùn)用導(dǎo)管或者導(dǎo)絲等介入設(shè)備將手術(shù)器械運(yùn)送到指定的病變目標(biāo)區(qū)域（例如腦部、肺部、腎臟以及冠狀動(dòng)脈等血管區(qū)域），借助微創(chuàng)的方式大大降低了開顱或開創(chuàng)類手術(shù)對(duì)患者帶來的風(fēng)險(xiǎn)以及嚴(yán)重后遺癥，對(duì)患者體內(nèi)遠(yuǎn)端或者不宜開創(chuàng)的區(qū)域進(jìn)行診斷與治療，血管介入手術(shù)示意圖如圖1.2所示最早的血管介入手術(shù)的運(yùn)用可以追溯到1844年，Bernard首先嘗試了將導(dǎo)管作為介入設(shè)備插入了動(dòng)物的心臟血管中。隨著WilhelmR?ntgen于1895年發(fā)現(xiàn)了X射線后，人們可以清晰地觀察到人體內(nèi)的骨骼結(jié)構(gòu)，但是并不能得到人體的血管信息。隨后Hasckek將造影劑運(yùn)用到了手術(shù)過程中，在動(dòng)脈內(nèi)注射造影劑，使得他可以在X射線下觀測(cè)到人體的血管信息。1929年，F(xiàn)orssmann將一根導(dǎo)管通過靜脈從左前臂插入至右心房。1953年，Seldinger發(fā)明了全新的血管造影術(shù)，通過經(jīng)皮穿刺的方式，并改變引導(dǎo)導(dǎo)管的穿刺針、導(dǎo)絲和導(dǎo)管，完成導(dǎo)管插入血管造影術(shù)。Dotter和Judkins于1964年運(yùn)用導(dǎo)管完成了狹窄血管的擴(kuò)張與疏通，并為之后Puol和Sigmart與1986年的首個(gè)冠狀動(dòng)脈支架的植入奠定了基礎(chǔ)。隨著醫(yī)療水平的逐步發(fā)展，醫(yī)療器械的持續(xù)更新，血管介入手術(shù)的手術(shù)條件也得到了不斷優(yōu)化，先進(jìn)的CT設(shè)備為手術(shù)提供了準(zhǔn)確充足的醫(yī)療輔助。盡管血管介入手術(shù)歷經(jīng)了150余年的發(fā)展，但是仍然面臨著許多問題。第一點(diǎn)：X射線的輻射問題。在醫(yī)生進(jìn)行血管介入手術(shù)的過程中，由于長(zhǎng)期暴露在X射線下，所以需要穿著沉重的鉛衣進(jìn)行手術(shù)，這不僅對(duì)醫(yī)生的體力與意志力有著很高的要求，同時(shí)隨著手術(shù)時(shí)間的推進(jìn)，醫(yī)生的操作精度有可能也會(huì)因此下降。并且在常年的手術(shù)過程中，沉重的鉛衣也會(huì)對(duì)醫(yī)生的身體健康帶來諸多影響，例如慢性腰椎病等第二點(diǎn)：在醫(yī)生進(jìn)行血管介入手術(shù)的過程中完全依靠醫(yī)生的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行手術(shù)，對(duì)于導(dǎo)管、導(dǎo)絲對(duì)血管壁施加的力也是只能通過手部的觸覺進(jìn)行感知，這對(duì)于血管介入手術(shù)是存在一定風(fēng)險(xiǎn)的。并且對(duì)于新手醫(yī)生而言，這種基于經(jīng)驗(yàn)的手術(shù)操作方式是十分危險(xiǎn)的。因此，基于以上此等問題，血管介入手術(shù)機(jī)器人被設(shè)計(jì)出來用于輔助醫(yī)生進(jìn)行手術(shù)操作。2血管介入手術(shù)機(jī)器人研究現(xiàn)狀血管介入手術(shù)機(jī)器人通過將基于醫(yī)生操作的血管介入手術(shù)技術(shù)與機(jī)器人技術(shù)向結(jié)合，在專家醫(yī)生操作導(dǎo)管、導(dǎo)絲等計(jì)入設(shè)備的同時(shí)，由機(jī)器人給出圖像輔助、操作力反饋、運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償以及風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警等操作，這些輔助功能大大提升了血管介入手術(shù)的操作安全性并解除了血管介入手術(shù)的局限性。血管介入手術(shù)機(jī)器人大多采用主從交互式的控制方式，醫(yī)生在手術(shù)室外操作主端控制器，主端控制器將醫(yī)生的操作轉(zhuǎn)化成信號(hào)傳遞到從端控制器上，由手術(shù)室內(nèi)的從端控制器完成對(duì)患者的手術(shù)操作。全球第一個(gè)獲得美國(guó)食品和藥品管理局（FoodandDrugAdministration，F(xiàn)DA）認(rèn)證的血管介入手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)是由Corindus公司研制的血管介入手術(shù)機(jī)器人CorPath200.該血管介入手術(shù)機(jī)器人也是采用主從控制的方式對(duì)導(dǎo)管導(dǎo)絲進(jìn)行操作完成血管介入手術(shù)。該從端操作使用可控摩擦輪作為夾持裝置，對(duì)導(dǎo)管導(dǎo)絲進(jìn)行軸向的推送操作，同時(shí)可控摩擦輪也可以通過相互擠壓來控制導(dǎo)絲的旋轉(zhuǎn)操作。介入座艙是一個(gè)輻射屏蔽的移動(dòng)工作站，可以放置在手術(shù)室的任何位置。醫(yī)生在介入座艙內(nèi)通過操縱操縱桿對(duì)手術(shù)室內(nèi)的CorPath從端控制器進(jìn)行控制操作，完成導(dǎo)管導(dǎo)絲的前進(jìn)、縮回、旋轉(zhuǎn)以及快速更換導(dǎo)管操作。2006年由美國(guó)HensenMedical公司設(shè)計(jì)研發(fā)的微創(chuàng)介入手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)SenseiX問世，該機(jī)器人系統(tǒng)也是采用主從控制結(jié)構(gòu)，包括四部分：遠(yuǎn)程導(dǎo)管控制器、主從連接器、醫(yī)師工作站以及可操控導(dǎo)管（steerableguidecatheter，SGC）。醫(yī)生坐在主控制臺(tái)上，并使用主端控制器來控制引導(dǎo)導(dǎo)管尖端。主控制臺(tái)的熒光透視等成像裝置為醫(yī)生提供實(shí)時(shí)的導(dǎo)管頭端反饋。SenseiX可以解析運(yùn)動(dòng)邏輯，并將主端控制器的操作動(dòng)作平穩(wěn)地傳遞到導(dǎo)管。從而實(shí)現(xiàn)醫(yī)生對(duì)導(dǎo)管的遠(yuǎn)程操作。在2016年Corindus公司推出全新的血管介入手術(shù)機(jī)器人CorPathGRX系統(tǒng)，并且同年也通過了FDA認(rèn)證。該系統(tǒng)創(chuàng)新性的將導(dǎo)管、導(dǎo)絲以及支架的操作完全區(qū)分開來，采用三個(gè)操作桿分別對(duì)三種操作進(jìn)行控制，醫(yī)生可以只操作一個(gè)操作桿，也可以通過兩兩配合或者三者同用的方式操作操作桿。醫(yī)生在工作站內(nèi)操作主端控制器進(jìn)行冠狀動(dòng)脈支架手術(shù)，從端送管機(jī)械臂進(jìn)行導(dǎo)管、導(dǎo)絲等介入設(shè)備的間接操作。雖然操作導(dǎo)管的操縱桿既可以操作導(dǎo)管的前進(jìn)推送、后退回撤以及周向順時(shí)針與逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)操作，但是并不能同時(shí)控制血管介入手術(shù)機(jī)器人的周向與軸向運(yùn)動(dòng)，這導(dǎo)致該機(jī)器人對(duì)導(dǎo)管的控制缺乏連貫性并且也對(duì)一些血管過弓操作造成了局限性。Amigo是由美國(guó)CatheterRobotics公司設(shè)計(jì)的血管介入手術(shù)機(jī)器人，依然采用主從控制方式，醫(yī)生可以通過控制操作手柄完成對(duì)從端機(jī)器人的控制操作。Amigo的從端機(jī)器人可以控制導(dǎo)管導(dǎo)絲的三個(gè)自由度：軸向前進(jìn)推送與后退撤回、導(dǎo)管的周向旋轉(zhuǎn)以及導(dǎo)管頭端的主動(dòng)彎曲。同時(shí)Amigo也是一個(gè)開放式的血管介入手術(shù)平臺(tái)，可以兼容不同種類的導(dǎo)管與導(dǎo)絲。Amigo血管介入手術(shù)機(jī)器人可以十分明顯地減少醫(yī)生在手術(shù)過程所受的X射線的照射，降低了醫(yī)生所受到的傷害，但是該系統(tǒng)的問題在于雖然可以為醫(yī)生提供舒適的手術(shù)環(huán)境以及方便的操作方式，但是缺乏對(duì)導(dǎo)管力的識(shí)別以及風(fēng)險(xiǎn)操作的預(yù)警。近些年越來越多的血管介入手術(shù)機(jī)器人設(shè)計(jì)者將注意力集中于從端機(jī)器人操作導(dǎo)管或?qū)Ыz時(shí)的力反饋，因?yàn)橄鄬?duì)于機(jī)器人能夠精準(zhǔn)的將導(dǎo)管導(dǎo)絲送至目標(biāo)點(diǎn)，盡可能低地降低手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)也是一個(gè)不可或缺的指標(biāo)，例如博洛尼亞大學(xué)設(shè)計(jì)的血管介入手術(shù)遠(yuǎn)程導(dǎo)航系統(tǒng)便提供了力反饋裝置，該團(tuán)隊(duì)通過設(shè)置力反饋閾值的方式對(duì)導(dǎo)管的危險(xiǎn)操作進(jìn)行預(yù)警。但是該方法仍然存在一個(gè)問題便是力傳感器反饋的力是導(dǎo)管的近端力，這是整體導(dǎo)管力的集合，并不能代表導(dǎo)管操作過程中最易產(chǎn)生危險(xiǎn)操作的導(dǎo)管頭端的力。相對(duì)于國(guó)外血管介入手術(shù)機(jī)器人的快速發(fā)展以及不斷的商業(yè)化，國(guó)內(nèi)的研究進(jìn)度還處于初級(jí)階段，但是隨著醫(yī)工融合的新興領(lǐng)域受到越來越多的關(guān)注以及相關(guān)科研投入地不斷增加，我國(guó)的血管介入手術(shù)機(jī)器人也得到了快速發(fā)展。中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化所研發(fā)了一套基于仿生設(shè)計(jì)的血管介入手術(shù)機(jī)器人。從端操作器的摩擦輪通過模擬醫(yī)生的手指動(dòng)作，控制導(dǎo)管導(dǎo)絲的周向旋轉(zhuǎn)與軸向進(jìn)退。該系統(tǒng)的創(chuàng)新之處在于在對(duì)導(dǎo)管采用分段分級(jí)控制。在相對(duì)安全的主動(dòng)脈區(qū)域，從端機(jī)器人對(duì)導(dǎo)管的操作較快，這樣不僅能夠有效減少手術(shù)時(shí)間，可以減少造影劑的使用，較少患者的手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，而且可以減少醫(yī)生收到的X射線照射。2014年北京航空航天大學(xué)研發(fā)了一套血管介入手術(shù)機(jī)器人，該系統(tǒng)創(chuàng)新性地引用了虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，不僅可以在醫(yī)生手術(shù)過程中為醫(yī)生提供血管通路參考，而且可以在術(shù)前輔助醫(yī)生進(jìn)行手術(shù)規(guī)劃，幫助醫(yī)生選取手術(shù)的最優(yōu)操作方式以及導(dǎo)管運(yùn)動(dòng)的最優(yōu)路徑。這種手術(shù)期間能夠?yàn)獒t(yī)生實(shí)時(shí)提供血管3-D成像的方式能夠有效提高手術(shù)安全性。北京理工大學(xué)郭書祥團(tuán)隊(duì)近年來一直從事血管介入手術(shù)機(jī)器人的研究，并設(shè)計(jì)了多款血管介入手術(shù)機(jī)器人。相較于其他團(tuán)隊(duì)的對(duì)從端機(jī)器人的不斷改進(jìn)與創(chuàng)新，郭書祥團(tuán)隊(duì)也注重如何為醫(yī)生在主端的操作提供更多便利，為醫(yī)生提供更好的人機(jī)交互體驗(yàn)。該團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地提出了運(yùn)用磁流變液進(jìn)行反饋力的測(cè)量，通過磁流變液過磁流變液固相-液相轉(zhuǎn)換控制，改變導(dǎo)管與磁流變液間的摩擦，從而控制機(jī)器人主端控制器的反饋力的大小，以增加手術(shù)的安全性。此外，郭書祥團(tuán)隊(duì)還將深度學(xué)習(xí)引入血管介入手術(shù)中來，提出了基于GAN網(wǎng)絡(luò)的SurgicalGAN網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行導(dǎo)管頭端的路徑規(guī)劃以及導(dǎo)管運(yùn)動(dòng)預(yù)測(cè)，為血管介入手術(shù)的術(shù)前規(guī)劃與術(shù)中實(shí)時(shí)導(dǎo)管檢測(cè)做出了突出貢獻(xiàn)。3血管介入手術(shù)及其人研究現(xiàn)狀經(jīng)過上述介紹表明，血管介入手術(shù)存在操作風(fēng)險(xiǎn)，在沒有血管介入手術(shù)機(jī)器人的輔佐下，更多的是靠醫(yī)生多年的臨床經(jīng)驗(yàn)。而血管介入手術(shù)機(jī)器人的控制危險(xiǎn)操作的方式也有很多。天津理工大學(xué)郭健團(tuán)隊(duì)于2018年提出一種新的血管介入手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)操作系統(tǒng)，并將預(yù)警系統(tǒng)窗口化，他將導(dǎo)管與血管壁的接觸狀態(tài)分為未接觸，剛好接觸以及接觸并使產(chǎn)生形變，并給出了相應(yīng)的三種風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)，并將剛好接觸時(shí)規(guī)定為有風(fēng)險(xiǎn)。這樣能夠明確地向操作員顯示導(dǎo)管頭端的狀態(tài)，但是并不是所有的接觸都是危險(xiǎn)的，血管介入手術(shù)中有些過弓操作是需要導(dǎo)管與血管壁接觸的，因此該方法具有一定的局限性。相較于判斷導(dǎo)管導(dǎo)絲與血管壁的接觸狀態(tài)，目前最主要的檢測(cè)血管介入手術(shù)是否存在風(fēng)險(xiǎn)的方式便是添加力反饋，當(dāng)導(dǎo)管或?qū)Ыz的操作力超過危險(xiǎn)閾值時(shí)，由導(dǎo)管頭端傳感器或者從端力傳感器該信號(hào)傳輸給主端，為醫(yī)生提供參考，醫(yī)生通過不同的策略規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)。Xiao等人于2012開發(fā)了機(jī)器人輔助導(dǎo)管系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過集成在從端控制器內(nèi)的負(fù)載傳感器檢測(cè)導(dǎo)絲近端的阻力；郭書祥團(tuán)隊(duì)于2015年通過運(yùn)用一個(gè)固定在滑動(dòng)平臺(tái)上的測(cè)壓元件來檢測(cè)從端控制器的操作力；Zhang等人為機(jī)器人輔助導(dǎo)管操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)了應(yīng)變式接觸力傳感器；Back等人于2015年使用應(yīng)變儀測(cè)量肌腱引導(dǎo)導(dǎo)管的張力；Laura等人于2017年開發(fā)了一種名為CathROB的遠(yuǎn)程導(dǎo)管導(dǎo)航系統(tǒng)，可以檢測(cè)導(dǎo)管上的操作力，并在主端顯示器上顯示力信號(hào);因此，如果反饋里超過預(yù)先設(shè)定的閾值，系統(tǒng)還可以向外科醫(yī)生發(fā)出信號(hào)，要求其停止施加壓力。在這些力檢測(cè)方法中，通過力傳遞機(jī)構(gòu)的摩擦和慣性效應(yīng)推導(dǎo)出力的檢測(cè)精度。這種檢測(cè)方式使得從端反饋給醫(yī)生的力與實(shí)際的導(dǎo)管操作力存在誤差。而且，小范圍的力變化以及小頻率的轉(zhuǎn)矩變化時(shí)難以在線