血管介入机器人的初步临床应用

图２
ｆｆＩＬ管介入机器人机构推进系统从端
图３操作医生控制机
器人主端演示
万方数据
主堡窆Ｉ型苤查！！！堡生！旦箜！！鲞箜！塑鱼坐！』！！竖：墅耻坠！！！堡：∑！！：！！：塑！：！
中颅内动脉瘤和脑血管畸形进行了手术处理，结果 良好。全脑血管造影见图４～６。定位操作均一次 性完成，远程定位精度达到（１．０３±０．２３）ｍｍ。工 作人员在ｘ线下暴露时间为０ ｒａｉｎ。除血管鞘导入 股动脉操作需要医生直接参与外，其他手术操作均 由医生控制机器人来完成，整个手术过程基本实行 了机械化和自动化。患者未发生感染、动脉夹层和 斑块脱落造成的脑梗死等手术并发症。 讨 论
ｏｆ
Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ａｕｔｈｏｒ：Ｔｉａｎ Ｚｅｎｇｍｉｎ，Ｅｍａｉｌ：ｔｉａｎｚｅｎｇｍｉｎ＠口缸ｓｉｎａ．ｃｏｎ
【Ａｂｓｔｒａｃｔ】 ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ Ｔｏ ｖｅｒｉｆｙ ｔｈｅ ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｓａｆｅｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｖａｓｃｕｌａｒ ｉｎｔｅｒｖｅｎｔｉｏｎａｌ ｖａｓｃｕｌａｒ ｉｎｔｅｒｖｅｎｔｉｏｎａｌ ｓｕｒｇｉｃａｌ ｒｏｂｏｔ ｓｙｓｔｅｍ ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ ｖａｓｃｕｌａｒ ｉｎｔｅｒｖｅｎｔｉｏｎａｌ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ．Ｍｅｔｈｏｄｓ Ｆｒｏｍ Ｍａｒｃｈ ｔｏ ｈａｄ ｃｅｒｅｂｒａｌ ｗｅｒｅ ｒｏｂｏｔ—ａｓｓｉｓｔｅｄ ６ ｍａｌｅ ａｎｄ Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ ２０１３，１０ ｐａｔｉｅｎｔｓ ｕｎｄｅｒｇｏｎｅ ａｎｇｉｏｇｒａｐｈｙ．Ｔｈｅｒｅ
血管造影的要求，为进一步开展深入的临床应用打
下坚实基础。
外科机器人在现代外科的应用正在迅速向前推
ｐｏｓｉｔｉｏｎ（ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ
ａｖｅｒａｇｅ ｔｉｍｅ ｗａｓ
ａｃｃｕｒａｃｙ）．Ｒｅｓｕｌｔｓ
Ｉｔ
ｔｏｏｋ ２５—４１ ｔｈｅ
ｍｉｎｕｔｅｓ
ｔｏ
ｆｉｎｉｓｈ
ｔｈｅ
ｃｅｒｅｂｒａｌ ａｎｇｉｏｇｒａｐｈｙ，ｔｈｅ ｑｕｉｃｋｌｙ ａｎｄ
ｓｍｏｏｔｈｌｙ ｗｉｔｈｏｕｔ ｓｕｒｇｉｃａｌ ｃｏｍｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ．Ｔｈｅ ｒｅｍｏｔｅ ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ ａｃｃｕｒａｃｙ ｗａｓ（１．０３－４－０．２３）ｍｍ．Ｔｈｅ ｔｉｍｅ ｏｆ ｓｔａｆｆ ｕｎｄｅｒ ｅｘｐｏｓｕｒｅ ｏｆ Ｘ ｒａｙ ｗａｓ ０ ｍｉｎｕｔｅ，ｔｈｅ ｅｎｔｉｒｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｐｒｏｃｅｓｓ ｗａｓ ｂａｓｉｃａｌｌｙ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄ ｍｅｃｈａｎｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ ａｎｇｉｏｇｒａｐｈｙ
【关键词】放射学，介入性；外科手术，微创性；机器人
Ｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙ ｃｌｉｎｉｃａｌ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｖａｓｃｕｌａｒ ｉｎｔｅｒｖｅｎｔｉｏｎａｌ ｒｏｂｏｔ
Ｄａ，Ｊｉａ Ｂｏ，Ｈｕｉ
Ｘｕ
Ｗｕｙｉ＋，Ｌｕ Ｗａｎｇｓｈｅｎｇ，Ｌｉｕ
Ｎｅｕｒｏｓｕｒｇｅｒｙ，Ｎａｖｙ
Ｒｕｉ，Ｌｉｕ幻昭，Ｚｈａｏ Ｄｅｐｅｎｇ，Ｗａｎｇ Ｄａｍｉｎｇ，Ｔｉａｎ ＺｅｎｇｍｉｒＬ‘Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ Ｇｅｎｅｒａｌ Ｈｏｓｐｉｔａｌ ｏｆ Ｐｅｏｐｌｅ’ｓ Ｌｉｂｅｒａｔｉｏｎ Ａｒｍｙ，ＢＥｒｉｎｇ １０００４８，Ｃｈｉｎａ
主堡处型盘查！！！！生！旦筮！！鲞箜！塑堡堕！』！！垡：垒！翘坠！！！兰：坠！：！！：盟！：！
・５９３・
．论著．
血管介入机器人的初步临床应用
徐武夷 卢旺盛
刘达
贾博
惠瑞
刘龙赵德鹏
王大明
田增民
【摘要】
目的验证血管介入手术机器人系统应用于临床血管介入手术的可行性与安全性。
方法２０１３年３月至９月共１０例患者行全脑血管造影术，其中男性６例，女性４例；年龄１９～５８岁， 平均３８．４岁。手术由神经外科医师和血管介入机器人共同完成，在人工完成股动脉鞘穿刺后，将造 影管固定于机器人，专家在图像导航的引导下操作机器人主端，指令通过网络传输介入导管手术室内 的机器人从端，完成全脑血管造影术。记录从股动脉鞘置人后开始至全脑血管选择性造影结束的时 间（手术时间），同时记录医生在ｘ线下暴露工作时间，记录导管运动设定靶点与实际操作机器人达 到的位置差别（定位精度）。结果机器人在２５～４１ ｍｉｎ内完成全脑血管造影术，平均完成时间 （３１±５）ｍｉｎ，手术过程顺利，无手术并发症。远程定位精度达到（１．０３±０．２３）ｍｍ。工作人员在ｘ 线下暴露时间为０ ｍｉｎ。整个手术过程基本实行了机械化和自动化，无手术并发症。结论血管介入 手术机器人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，为提高手术质量创造了有利条件。
（图１～２）：根据血管造影手术的要求，完成机器人
机构设计，机器人在手术过程中完成导管的直线进
每例患者均行选择性双侧颈动脉及双侧椎动脉 造影术，对可疑动脉瘤者行三维造影检查。每例病 例均记录从股动脉鞘置人后开始至全脑血管选择性
造影结束的时间（手术时间），同时记录医生在ｘ线
退和旋转运动。包括主从两部分，主端是远离射线 环境并与网络联接的远程端，受主刀医生操控，指导 从端部分运动；从端指在介人手术床边直接推进导
侧腹股沟处局部麻醉成功后，人工用Ｓｅｌｄｉｎｇｅｒ法将
５
介入机器人辅助全脑血管造影术，其中男性６例，女
性４例；年龄１９～５８岁，平均３８．４岁。４例为自发
性脑出血患者，４例为颅内动脉瘤术后复发患者， ２例有动眼神经麻痹考虑有动脉瘤可能。全部病例
均经过海军总医院医学伦理委员会批准并获得患者 的知情同意书。 二、ＶＩＲ．２型血管介入机器人系统 血管介入机器人主要包括机构推进主从系统和 三维图像导航系统两部分。ＶＩＲ．２型血管介入机器
ｗｅｎｔ
（３ １±５）ｍｉｎｕｔｅｓ，ａｎｄ
ｒｏｂｏｔ—ａｓｓｉｓｔｅｄ
ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ．Ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎ
Ｔｈｉｓ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｉｃａｌｌｙ ａｃｈｉｅｖｅｓ
ｉｎｉｔｉａｌ ｍｅｄｉｃａｌ
ｐｕｒｐｏｓｅｓ，ｓｕｃｈ
ａｓ
ｒｅｄｕｃｉｎｇ
ｔｈｅ
ｒａｄｉａｔｉｏｎ，ｆａｃｉｌｉｔａｔｉｎｇ ｉｎｔｅｒｖｅｎｔｉｏｎａｌ ｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓ ｏｎ ｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｏｆ ｅｎｈａｎｃｉｎｇ ｔｈｅ ｉｍａｇｅ ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ，ｓｈｏｒｔｉｎｇ ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｔｉｍｅ，ａｎｄ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ．
Ｆ鞘插入股动脉内，之后将５ Ｆ单弯造影管固定于
从端机器人的推进系统内，用机械臂固定好机构推 进系统并调整好位置，同时用三通连接好高压注射 器和盐水滴注系统。专家在介入手术室外的监控室 操作ＶＩＲ．２型机器人主端，在图像导航的引导下，通 过局域网，操作主端，指令通过网络传输控制介入手
术室内的ＶＩＲ．２型机器人从端，手术现场的导管运
重建。利用视觉定位系统获取ｃ形臂ｘ线机的位 置参数是导航系统实现的前提，双角度ＤＳＡ图像进 行血管三维快速重建，以此三维血管路径图进行导
术，平均完成时间（３１±５）ｍｉｎ。４例诊断为颅内动 脉瘤，１例诊断为脑血管畸形，５例为正常脑血管，其
图１
』ｆｌＬ管介入机器人机构推进系统主端（ＩＡ为侧面．１Ｂ为俯视阿）
【Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ】
Ｒａｄｉｏｌｏｇｙ，ｉｎｔｅｒｖｅｎｔｉｏｎａｌ；
Ｓｕｒｇｉｃａｌ ｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓ，ｍｉｎｉｍａｌｌｙ ｉｎｖａｓｉｖｅ；
Ｒｏｂｏｔｉｃｓ
心脑血管疾病已经成为人类疾病死亡的主要原 因，血管介入手术目前已成为其主要的治疗方法。
ＤＯＩ：１０，３７６０／ｃｍ＆ｊ．ｉｓｓｎ．０５２９－５８１５．２０１４．０８．００８
４
ｆｅｍａｌｅ ｐａｔｉｅｎｔｓ；ａｇｅｄ ｆｒｏｍ １９
ｔｏ
５８ ｙｅａｒｓ，ｗｉｔｈ
ａｎ
ａｖｅｒａｇｅ ａｇｅ
ｏｆ ３８．４ ｙｅａｒｓ．Ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｗｅｒｅ ｃａｒｒｉｅｄ
ｏｕｔ
ｂｙ ｎｅｕｒｏｓｕｒｇｅｏｎｓ ａｎｄ ｖａｓｃｕｌａｒ ｉｎｔｅｒｖｅｎｔｉｏｎａｌ ｒｏｂｏｔ．Ａｆｔｅｒ ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙ ｉｍｐｌａｎｔｅｄ ｏｆ ｆｅｍｏｒａｌ ａｒｔｅｒｙ ｓｈｅａｔｈ
管的机构推进系统，二者可通过有线或网络来联络。 ２．三维图像导航系统：主要包括视觉定位系统
下暴露工作时间，记录导管运动设定靶点与实际操 作机器人达到的位置差别（定位精度）。
结 果
和基于双角度数字减影血管造影（ｄｉｇｉｔａｌ
ｓｕｂｓｔｒａｃｔｉｏｎ
ａｎｇｉｏｇｒａｐｈｙ，ＤＳＡ）图像的三维血管快速
血管介入机器人辅助全脑血管造影术手术过程 顺利，机器源自文库在２５—４１ ｍｉｎ内进行全脑血管造影
近年来机器人技术、计算机技术与远程通讯技术的
共同发展，促进了机器人技术在医疗外科中取得迅 速发展，它的优势在于克服不良的工作环境，实现精 确控制，突破常规手术的空间限制，增强医疗专家的 能力等。而血管介入机器人作为一项有前景的技术 我们已经生产出样机，并成功进行了动物实验¨引， 同时与日方合作应用机器人进行远程遥控操作动物
人系统在ＶＩＲ型血管介入机器人系统…的基础上 对机构推进主从系统及三维图像导航系统的计算方 法均进行了更新设计。
１．血管介入机器人的机构推进主从系统
动轨迹直接通过网络传输到主端，术者根据情况进 行手术操作，必要时进行路图或选择性血管造影，应 用三维图像导航系统作导航，最后完成血管介入机
器人辅助全脑血管造影术（图３）。
ｂｙ ｈａｎｄ，ｔｈｅ ｃａｔｈｅｔｅｒ ｗａｓ ｆｉｘｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｒｏｂｏｔ，ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｇｕｉｄａｎｃｅ ｏｆ ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ ｉｍａｇｅ ｔｈｅ ｓｕｒｇｅｏｎ ｍａｎｉｐｕｌａｔｅ ｔｈｅ ｍａｓｔｅｒ ｐａｒｔ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｈｅ ｓｌａｖｅ ｐａｒｔ ｏｆ ｒｏｂｏｔ ｂｙ ｓｅｎｄｉｎｇ ｃｏｍｍａｎｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｎｅｔｗｏｒｋ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ，ｆｉｎａｌｌｙ ｆｉｎｉｓｈｅｄ ｔｈｅ ｗｈｏｌｅ ｃｅｒｅｂｒａｌ ａｎｇｉｏｇｒａｐｈｙ．Ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｔｉｍｅ ｗａｓ ｒｅｃｏｒｄｅｄ ｆｒｏｍ ｐｌａｃｉｎｇ ｔｈｅ ｓｈｅａｔｈ ｉｎｔｏ ｆｅｍｏｒａｌ ａｒｔｅｒｙ
作者单位：１０００４８北京，海军总医院全军神经外科中心（徐武 夷、卢旺盛、贾博、惠瑞、田增民）；北京航空航天大学机器人研究所 （刘达、刘龙、赵德鹏）；卫生部北京医院神经外科（王大明） 通信作者：田增民，Ｅｍａｉｌ：ｔｉａｎｚｅｎｇｍｉｎ＠ｒｉｐ．ｓｉｎａ．ＣＯｉｌｌ
万方数据
主堡处型盘查！！！！生！旦筮ｉ！鲞箜！塑￡！也』！坠望：垒！胆壁！Ｑ！！：ｙ！！：！！：盟！：！
ｔｏ
ｆｉｎｉｓｈｉｎｇ ｃｅｒｅｂｒｏｖａｓｃｕｌａｒ ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ａｎｇｉｏｇｒａｐｈｙ，ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓｌｙ ｔｈｅ ｔｉｍｅ ｏｆ ｓｔａｆｆ ｕｎｄｅｒ ｅｘｐｏｓｕｒｅ ｏｆ
Ｘ ｒａｙ ｗａｓ ｒｅｃｏｒｄｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｓｅｔｔｅｄ ｔａｒｇｅｔｓ ａｎｄ ｔｈｅ ａｃｔｕａｌ
作为初步临床应用，我们选择脑血管的主要分 支血管（双侧颈内动脉和椎动脉，血管直径４～
６
ｍｒｎ）作为目的血管。血管介入机器人辅助手术过
程顺利，ＤＳＡ平均完成时间（３１±５）ｍｉｎ，无手术并 发症，达到诊断手术目的。工作人员在Ｘ线下暴露 时间为０ ｍｉｎ。这次应用表明整个血管介入机器人 系统是安全和可行的，本系统实现了导管的远程操 作，避免了射线对工作人员的损害，基本上满足全脑
血管造影术‘３。。在此基础上经过海军总医院医学
伦理委员会批准，我们应用此机器人进行了初步临
航定位和引导介入手术。 三、手术方法
床应用，完成１０例全脑血管造影术，并取得满意效 果，为临床的广泛应用打下良好基础，现报告如下。
资料与方法 一、一般资料 从２０１３年３月至９月共有１０例患者采用血管
本手术由海军总医院神经外科专家与北京航空 航天大学专家合作，应用ＶＩＲ－２型血管介入机器人 完成。主端远程控制台位于介入手术室外的监控 室，从端机器人位于床旁。对直接与导管接触的机 器人部分提前１天应用４％甲醛水溶液蒸气消毒备 用，固定好机构推进系统与机械臂的连接部分，即时 用酒精消毒。对患者取平卧位，常规铺单消毒后，右