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医疗机器人技术的首创人体内部的自主导航小脚轮

发布时间：2022-06-28 00:17:03 来源：金松机械网

医疗机器人技术的首创：人体内部的自主导航

波士顿儿童医院的生物工程师报告说，该机器人首次演示了能够在体内自动导航的机器人。

在心脏瓣膜修复的动物模型中，研究小组对机器人导管进行了编程，以沿跳动的充满血液的心脏壁到达泄漏的瓣膜的方式，而无需外科医生的指导。

他们今天在Science Robotics中报告他们的工作中国机械网okmao.com。

外科医生使用操纵杆操纵的机器人已有十多年了，研究小组表明，可以通过诸如磁力之类的外力操纵小型机器人。

然而，波士顿儿童医院儿科心脏生物工程学负责人皮埃尔·杜邦（Pierre Dupont）博士说，据他所知，这是第一份关于无人驾驶汽车导航到人体所需目的地的报道。

杜邦设想自动驾驶机器人驾驶协助外科医生进行复杂的手术，从而减轻疲劳，使外科医生可以专注于最困难的操作，从而改善手术效果。

他说：“考虑这一点的正确方法是通过战斗机飞行员和战斗机的类比。” “战斗机承担着例行任务，例如驾驶飞机，因此飞行员可以专注于任务的更高层次的任务。”

人工智能引导的触摸式视觉

该团队的机器人导管使用杜邦实验室开发的光学触摸传感器导航，并获得了心脏解剖图和术前扫描的信息。

触摸传感器使用人工智能（AI）和图像处理算法，使导管能够确定其在心脏中的位置以及需要去的位置。

演示机器人导管通过心脏模型进行基本运动的视频。在此演示中，导管由操纵杆控制。

对于演示，该团队执行了一项技术要求很高的程序，即瓣周主动脉瓣关闭术，该程序可修复已开始在边缘周围泄漏的置换心脏瓣膜。（该团队为实验准备了自己的阀门。）一旦机器人导管到达泄漏位置，经验丰富的心脏外科医师将控制并插入塞子以关闭泄漏。

在重复的试验中，机器人导管在与外科医生大致相同的时间内成功导航到心脏瓣膜泄漏（使用手动工具或操纵杆控制的机器人）。

受生物启发的导航

通过一种称为“墙跟随”的导航技术，机器人导管的光学触摸传感器会定期对环境进行采样，这很像昆虫的触角或啮齿动物的胡须对周围环境进行采样，从而绘制出不熟悉的黑暗环境的心理图。

传感器告诉导管是否在接触血液，心脏壁或瓣膜（通过安装在尖端的摄像头拍摄的图像）以及按压的力度（以防止其损坏跳动的心脏）。

术前成像和机器学习算法的数据帮助导管解释了视觉特征。通过这种方式，机器人导管自身会从心脏底部，沿着左心室壁并在漏气阀周围前进，直到到达漏气位置。

部署封堵器以闭合组织与人工瓣膜之间的间隙，这是机器人外科手术的最后步骤之一。

Dupont解释说：“这些算法可以帮助导管弄清它所接触的组织类型，在心脏中的位置以及如何选择下一个运动来到达我们想要的位置。”

尽管自动机器人比外科医生花了更长的时间才能到达泄漏阀，但其自动跟踪技术意味着它走了最长的路程。

杜邦说：“从统计上来说，所有的导航时间是相等的，考虑到您位于充满血液的跳动的心脏内，并试图在特定瓣膜上达到毫米级的目标，我们认为这是非常令人印象深刻的。”

他补充说，该机器人可视化和感知其环境的能力可以消除对荧光成像的需求，该成像通常用于此操作，并使患者暴露于电离辐射下。

活猪耳朵内自主导管导航的视频。它从顶点处的插入部位导航到泄漏的人工瓣膜，然后进行操纵杆控制的封堵器部署。图片来源：Fagogenis等，科学机器人。4，EAaw1977（2019）

未来的愿景？

杜邦说，这个项目是他职业生涯中最具挑战性的。尽管在猪身上进行手术的心脏外科手术研究员能够放松下来，而机器人发现阀门泄漏，但该项目对杜邦的工程研究员来说是沉重的负担，他们有时会在技术完善时对机器人的中期操作进行重新编程。

杜邦说：“我记得我们的团队的工程师完全摆脱了OR的时候，但我们设法成功了。” “现在，我们已经展示了自主导航，还有更多的可能。”

一些了解杜邦工作的心脏介入专家设想使用机器人进行导航以外的工作，例如执行常规的心脏映射任务。一些人预想这种技术可以在特别困难或不寻常的情况下提供指导，或在世界上缺少经验丰富的外科医生的地区提供手术帮助。

机器人导管导航至泄漏点的模拟过程视频。

随着美国食品药品监督管理局（FDA）开始开发支持AI的设备的监管框架，杜邦（Dupont）设想了世界范围内的自动手术机器人可以汇总其数据以随着时间的推移不断提高性能的可能性，就像现场自动驾驶汽车发送的将数据返回特斯拉以完善其算法。

杜邦说：“这不仅会创造公平的竞争环境，而且还会扩大竞争环境。” “世界上每一个临床医生都将以同等水平的技能和经验水平进行操作。这一直是医疗机器人的承诺。自主性可能使我们到达那里。”