我们都知道基于导管的手术操作需要将导管引导至目标区域，以进行治疗或获得组织样本进行诊断。然而，由于解剖结构和人体软组织与导管间的作用，术者通常需要反复多次将导管推入、回撤以改变方向，此时如操纵导管进行弯曲可对导管的运动轨迹进行有限的控制，以使其尽快和正确的到达目标位置。

第一代可调弯导管，由不同金属互相衔接组成套管。这些形状记忆合金（Shape memory alloy, SMA）金属沿导管长度方向衔接，相邻金属链接之间的间隙较小（通常为1mm），以防止短路，SMA连线通过头端不锈钢环连接整体。当执行器驱动时，整个导管可在不连续的位置局部弯曲。如下图，由于直段导电，因此每个弯段都需要连接一个SMA执行器，整个驱动完成产生弯段后，系统将无法恢复为直段。（此第一代导管为中空系统，多用于输送OCT等诊断工具~）

图1 第一代可调弯导管

由于一代金属导管仅可单侧弯曲，以及弯曲后无法回直的局限性，对导管头端作用力的可调弯导管应运而生。其中最常见的是拉线型，手柄连接不同材质的拉线，机械或其他力使得导管头端产生弯曲，松开后远端通过自然回弹恢复到原始形状。几乎目前市场可使用的所有可调弯导管均为此设计，并具有一定程度的操纵性。拉线导管的结构相对简单，可轻松进行远程操控，不过问题是结构相对笨重，尺寸受限无法过小，此外，拉线本身与引导通道之间的摩擦，以及间隙的存在可能使得导管难以控制，尤其是在反复操作后。

图2 典型的拉线可调弯导管及手柄设计（Bard Stinger消融导管）

图3 拉线型可调弯导管的结构示意图（红色箭头指示为拉线，以及远端部分的变形）（单根和多根拉线的结构同理~）

图4 具有离散骨架设计的可调弯导管（右侧为骨架的一部分）

按照专利和设计，研究者们对可调弯导管进行分类，可分为两个大类：1）对头端施加力（Force generation in tip）；2）力传导至头端（Force transmission to tip）。其中施力组可分为 a）电动；b）热效应 和c）磁动，等等，传力组又可细分为：a）液压腔室传导的力，和b）机械连线传导的力。当然每个类别又可细分为多个子类别，不同类别导管在定位能力、应用范围和安全性，以及小型化潜力方面都存在不同。（当然还有各种不同弯型的导管分类，以及平面和空间导管，等等）

图5 可调弯导管的作用机理分类

图6 2018年报道开发的世界上最小的磁导航导管，对比左侧的常规拉线导管（来自苏黎世联邦理工学院研究团队）（这里大家有没想起一阵曾经很火的各类磁、磁电导航公司~）

此处，如果大家关注电生理领域就会发现，可调弯的技术进步也主要集中在这个领域（或者说所有导管和鞘管的技术进步~）。由于标测和消融技术需要多年的艰苦学习和掌握，并且安全有效的消融操作仍在不断探讨中，机器人导航技术在EP领域早已有之。10多年前的商业模式由于更具挑战性，技术也不太成熟，所以电生理领域的许多机器人公司没有走到今天，而随着技术的不断进步，机器人导航，尤其远程操控仍在不断地进展，研发脚步未曾停止，希望一直都在。（甚至专门成立了一个Society of Cardiac Robotic Navigation, SCRN，去年11月份刚开完第五届国际年会~）

图7 Stereotaxis RMN系统（RMN，Remote magnetic navigation）

美国Intermountain Medical Center的J.Peter Weiss教授等2016年的报道中，入选了单中心627例房颤消融患者，其中接受手动导管消融的312名，RMN组315名，持续性/长期持续性房颤患者分别占两组的46.5%和42.2%，随访3年发现两组死亡、心衰再次住院、卒中、短暂性脑缺血发作TIA、房扑/房颤复发率相似，而RMN组的透视时间显著降低（8.47±0.45 vs 9.63±4.06 min, p＜0.0001）。

图8 两组无事件生存率的比较（随访1年的房颤/房扑复发率两组分别为：手动组36.8% vs RMN组 38.6%）

当然磁导航的问题不仅于此，大型设备的占地面积，以及磁滞现象的出现，都会影响磁导航的运用。软材料导管，另一方面，则并未被市场淘汰，除了前面提到的第一代形状记忆金属外，因其材料可达到导管的小型化，并能够产生很大的力和相对很小的位移（部分情况下是个优点），因此也可在某些情况下作为内置导管使用，并可适配机器人操作系统。

图9 SMA可调弯导管的现代结构

还有一种更为小众的使导管弯曲的方式则是，使用互相嵌入的同心管（采用超弹性镍钛合金材料套叠的三个或更多的管子），由于这组管材具有相同的刚度，因此它们的形状将由最终的曲率决定。操纵时，通过调整这些不同大小直径同心管间彼此的平移和旋转位置，可产生曲率和长度的不同变化。

引用文献：

1.     J. Peter Weiss, Heidi T. May, Tamil L. Bair, et al. A comparison of remote magnetic irrigated tip ablation versus manual catheter irrigated tip catheter ablation with and without force sensing feedback. J Cardiovasc Electrophysiol, Vol. 27, pp. S5-S10, March 2016.

2.     Stereotaxis. http://www.roboticarrhythmiacare.com/?radius=9999.

3.     Awaz Ali, Dick H. Plettemnurg, Paul Breedveld. Steerable catheters in cardiology: classifying steerability and assessing future challenges. IEEE Transactions on Biomedical Engineering, vol. 63, no. 4, pp. 679-693, April 2016, doi: 10.1109/TBME.2016.2525785.