介入手术机器人系统在经皮冠状动脉介入治疗中的临床应用探讨

李晨光，葛均波

复旦大学附属中山医院心内科，上海市心血管病研究所，上海 200032

2019 年《中国心血管健康与疾病报告》显示，中国心血管病患病率处于持续上升阶段，心血管现患人数达3.3 亿，其中冠心病患者1 100 万。2017 年心血管病死亡率仍居我国首位，农村和城市心血管病分别占死因的45.91%和43.56%，且前者从2009 年起超过并持续高于城市水平，而冠心病则是心血管疾病中死亡率最高的疾患之一［1］。2018年中国大陆地区冠心病介入治疗例数近92万，稳居世界前列。

1 传统介入诊疗方式存在的问题

用于治疗冠心病的传统介入方式——经皮冠状动脉（冠脉）成形术（percutaneous coronary inter⁃vention，PCI）已经得到了广泛和成熟的应用，成为冠心病血运重建中最为重要的一环。

介入技术的发展为疾病诊疗模式、患者救治手段都带来了巨大的进步，但介入技术是基于医护团队放射暴露下的操作，而长时间放射暴露下的累积电离辐射效应会对暴露人员造成多方面的影响。电离辐射可以通过直接或间接作用引起生物分子的电子和激发进而引起敏感组织以及器官的生物学效应。相关研究显示，介入医生因职业风险而罹患不同程度的放射性损伤，白内障，脊柱、骨关节疾病等，亦存在诱发恶性肿瘤和导致基因突变可能［2］。美国心血管造影和介入学会调查显示，患有下肢关节以及椎间盘疾病的介入医师分别占比28%和42%，并且患病率伴随手术量的增加而逐渐增加［3］。另有多项研究显示介入医师因长期暴露于电离辐射而导致脑部肿瘤患病概率增加［4］。因此，国际原子能机构呼吁应尽量减少介入从业人员尤其是介入心脏病医疗人员接受辐射的剂量。

2 手术机器人系统发展现状

自1994 年 起，AESOP（automated endoscopic system for optimal positioning，computer Motion Inc，Goleta，USA）、ZEUS（the zeus robotic system，computer Motion Inc，Goleta，USA）以及daVinci（da Vinci robotic system，Intuitive Surgical Corporation，Sunnyvale，USA）等外科手术机器人系统陆续进入临床应用［5-6］，而在心脏领域，daVinci 机器人系统最早应用于心脏外科，daVinci机器人辅助下首例二尖瓣成形术及首例冠脉旁路移植术分别由法国的Carpentier［7］以及德国的Loulmet［8］完成。相对于人工操作，daVinci机器人系统可以避免人手的生理性颤抖并且提供高分辨率三维放大图像，使得手术操作稳定性和手术精细度都明显增高，因而逐渐得以广泛应用。

Beyar等最早提出机器人辅助PCI的概念，早期的冠脉介入机器人系统为RNS（remote navigation system，NaviCath，Haifa，Israel），包括床旁操作单元与手术控制单元两部分，床旁操作单元提供动力来操控导丝、球囊以及支架，手术控制单元主要包括触摸屏和操纵杆。RNS 早期的动物实验由Beyar 等［9-10］于2005 年完成，2006 年进入临床研究，入选18 例单支冠脉病变患者，在RNS 辅助下，17 例导丝成功通过病变，15 例完成支架植入，有效缩短了曝光时间和手术时间，在减少操作人员辐射暴露剂量的前提下基本实现了介入器械的有效操控，但精细程度待进一步改进。

在既往机器人系统的基础上，Copath200手术机器人系统由Corindus 公司设计完成（CorPath 200 System，Corindus Vascular Robotics，Natick，USA），2011 年由Granada 等［11］完成首项临床研究，其中，8例患者均顺利完成手术，未出现设备相关并发症；在此基础上于2013 年公布的PRECISE 研究是一项前瞻性、多中心、开放式注册研究，共入选9 个中心的164 例患者，其中160 例患者成功完成手术，操作单元射线剂量较传统的手术台下降了95.2%。从而证实PCI 手术机器人系统已经能够满足简单病变PCI 手术的需求，且能够大幅度降低射线辐射剂量［12］。随后，在Copath200 手术机器人系统的基础上以CorPathGRX 为代表的介入手术机器人系统，仍然保持床旁操作单元与手术控制单元，但对于器械的操控更加精细，可以达到亚毫米级，同时在针对术者导丝操作习惯深度学习基础上，增加了TechnIQ 技术（包括RoR、Wiggle、Spin 等模式）。通过机器的精细操作来模拟人工操作的特点，更加符合介入手术的特点。同时增加机器人操控的多样性，也在一定程度上提高了机器人辅助下手术的成功率。其中首例最新一代介入手术机器人系统辅助下冠脉介入治疗手术由葛均波院士于2021 年3月完成［13］。

国内介入手术机器人系统随着世界发展的脚步，也在不断前进。但我国的手术机器人产业刚刚起步，尚处于雏形阶段，很早之前，哈尔滨工业大学的研发团队就开展了多孔腔镜手术机器人的系统研发，2019 年1 月国产第三代骨科手术机器人“天玑”在武汉市第四医院完成首秀，辅助主刀医生完成股骨颈骨折中空钉内固定手术［14］。

3 介入手术机器人系统的优势

随着技术的不断发展以及最新一代机器人系统的改进与更新，机器人辅助下PCI 在临床上的应用更加具有可行性。从目前的研究和临床实践来看，与单纯人工PCI相比，介入手术机器人系统具有一定的优势，具体如下。

3.1 准确定位病变，精准放置支架

机器人系统的测量功能能够以亚毫米级的精度测量病变，通过球囊导管穿过病变的时间和速度等参数精确测量病变长度，直接规避了视觉和影像下的估算模式，从而避免了对血管病变支架覆盖不完全的问题，实现精准解剖测量和支架定位控制，帮助术者根据病变长度和参考血管直径选择最合适的支架，保证支架能充分覆盖病变和良好地贴壁，改善患者临床预后。

3.2 缩短手术时间，降低医患辐射剂量

机器人系统的标准化操作可以明显缩短平均手术时间，显著降低医患辐射剂量，同时也在一定程度上减少了造影剂的使用量，对医患双方都达起到了一定的保护作用。

3.3 实现介入治疗的标准化

机器人的辅助可以克服人手操作的缺陷，在人机协同的状态下，使操作更加清晰与规范，同时通过精确的机器人操作可以实现对手术中各个环节的精确量化，从而提升手术的标准化程度。

3.4 特定场景下的隔离操作

针对新型冠状病毒肺炎或其他接触传染类疾病的患者，机器人的介入可有效减少术者与传染源的接触，极大地降低暴露风险［15］。

4 介入机器人手术系统的挑战与展望

尽管技术的进步使得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，使得在严重钙化病变、迂曲病变、慢性闭塞病变、分叉病变等复杂病变手术治疗时的操控性大打折扣，也在一定程度上增加了相关手术的风险；同时对于需要频繁更换手术器械的病变，介入手术机器人系统目前还存在操作繁琐的情况，导致手术时间的增加，进一步降低了手术的可操控性。

PCI 机器人手术系统的发展预示着未来PCI 手术模式的改变，伴随工程技术的发展，在未来机械系统可以增加力觉反馈、多器械操作等更多的模块来完成更加复杂的病变，同时，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PCI 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，介入机器人与腔内影像设备的一体化融合将为精准PCI提供更为广阔的前景。