心血管病是目前全世界範圍內威脅人類健康的殺手之一。供應心、腦、腎等重要臟器的動脈血管發生粥樣硬化性病變，是心血管病的主要病理基礎。這時候就需要進行心血管介入手術。這類手術經患者皮膚穿刺橈動脈或股動脈，在醫學影像的引導下，藉助人體血管通道將球囊導管、支架導管等介入器械遞送至血管病變部位，疏通狹窄或閉塞的冠脈管腔，重建血流通路。
一般來說，血管介入手術需要在專門的導管室中進行，需要X射線成像，才能操作導管、導絲等介入器械。過去醫生在手術過程中必須身穿沉重的鉛衣，在手術過程中還需要頻繁調整角度、病人位置並注射造影劑，手術時間很長，長期在導管室中工作的醫生還易出現脊柱病、白內障甚至癌症等職業病。
傳統血管介入手術中，醫生穿著鉛衣、鉛帽進行手術為了解決上述問題，上海交通大學生物醫學工程學院教授謝叻、顧力栩團隊聯合研發了心血管介入手術機器人系統。這套系統可以讓醫生遠離輻射源，利用機器人遠程操作手術。近日，在上海交通大學醫療機器人研究院舉辦的2019國際學術論壇上，謝叻接受了澎湃新聞的專訪。
「我們這套系統目前已經做了6例動物實驗，效果達到了我們預期的效果。」謝叻說。據他介紹，這套血管介入手術機器人系統主要由兩大部分組成：主手控制端和從手執行端，主手執行端主要是由兩個操作主手，控制臺和圖像引導等組成；從手執行端由4個模塊組成，分別是導管驅動模塊，PTCA導絲驅動模塊，球囊導管驅動橫塊和造影劑模塊。
「主從手控制」避免醫生受X光輻射在傳統的血管手術中，需要利用X輻射來看清心血管的位置和狀態，醫生需要穿著防護服站在手術臺前進行操作。即便能做到最大的防護，但是眼睛和雙手仍需暴露在外。長年累月，醫生患有白內障和腦腫瘤的概率升高。
通過血管介入手術機器人就可以避免這樣情況。主從手的設計，醫生可以在隔離區外操作機器人。主從手的設計還緩解了醫生頸椎、腰椎的勞損問題，醫生可以不用再穿厚重的防護服。
除了主從手設計外，在謝叻看來，這套設計最創新的一點是對力反饋控制的設計。按照傳統做手術的過程，需要用多少力道，尤其是血管手術，能剛好解決問題，又不破壞血管，全靠醫生經驗來感覺。一旦採取機器人來做手術，該使多少力，醫生如何感覺，就成為最棘手的問題。
血管介入手術機器人執行機構組成據謝叻介紹，這套系統在從手執行機構中，增加了壓/扭力覺感知機構，通過主控臺主手再現力覺反饋，彌補因主從機器人喪失的力覺，保障手術安全。
「你採用了主從手的方式後，就會產生這個力反饋的問題。如何讓醫生感知到手術進行時的力道？我們為了解決這個問題，嘗試了許多種方法，各種方法的優劣勢我們都了解後，做出了這樣的設計。」 謝叻告訴澎湃新聞， 「從手在執行時，用了多少力，都可以通過主屏幕進行顯示，這樣可以讓醫生有更直觀的感受。」
血管介入手術機器人控制框圖值得一提的是，在這套血管介入手術機器人系統中，還用到深度學習和圖像識別。通過這兩項技術，醫生在做手術對比血管狀態時等待的時間將大大縮小。「我們用人工智慧技術對血管造影成像進行了重構，在半秒之內，系統就會給醫生出具識別結果。」謝叻說。
挑戰來自資金和技術本身「整個項目做到今天，其實已經走了十幾年。一開始我們做了一個血管手術的訓練器。它並不是直接用來做手術的，而是用來訓練醫生手術技巧的。當時這個項目做了5年。後來我們才做的血管機器人，機器人我們又做了4到5年時間。」 謝叻說。
談到過往做機器人的困難和挑戰，謝叻說主要來自兩個方面。一是技術本身的挑戰，二是外部資金資助的困難。
「項目要繼續推進，需要資金資助，但是項目資金都是階段性的。這也跟我們申請到的資金密度和強度有關。除了資金外，技術本身也有難度。舉個例子，當資金到位後，但是技術本身還需要時間攻克。我們的力度推送技術就是這樣，他是一個螺旋式不斷迭代往前走的，需要時間。」謝叻說。
除了上述兩個困難外，謝叻還提到了一個外部挑戰。「由於項目研究周期長，參與項目的研究生在校學習時間一般為3年，新來的研究生又需要一個學習的過程。所以綜合多方面，要完成整個項目時間就特別長。」
我們與國外的差距在縮小要說公眾開始普遍接受醫療機器人，應該從達文西醫療機器人開始。「我個人感覺，達文西手術機器人進入中國使用後，你再和醫生聊合作研究，他們才覺得靠譜，才願意投入更多的經歷更你合作。但相比國外，我們還是起步稍晚一些，從2008年以後，才有陸陸續續的高校、研究所，以及公司投入很大精力和資金開始研究。」謝叻告訴澎湃新聞。
起步雖晚，但在謝叻看來，國內醫療機器人的發展速度更快。「主要原因在於我們集中精力投入更大，在這個領域裡，科技部有機器人專項資金，基金委還有一些機器人的專項資金。可以說我們投入巨大。」
另外與醫院的緊密合作，也讓國內的醫療機器人項目變得更加有效。據謝叻介紹，他們的心血管介入機器人系統劉與上海市胸科醫院進行合作。「我們系統上做的任何一個改變，都要得到醫生的認可，這些改變必須對他有幫助。否則我們就變成了閉門造車，我們提供了技術，但臨床上卻用不了。這是不行的。醫生提供的反饋和需求，對我們的項目成功起到很重要作用。」
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