介入手术机器人的开发难点

介入机器人在产业化中面临一些独有的工程难题，绝对不是一个容易产业化的医疗器械，并且也有国外专利的围追堵截。下面笔者简单列举几个开发的难点。

（一）无菌耗材

介入手术机器人的一个很有价值的专利点（或者赢利点）就在无菌耗材上，由于介入器械很长，与机器人的接触面积可能很大，而且介入手术中，血液为主等液体很容易渗入机器人，在如何格挡机电结构上是个难题。一个极端案例就是Microbot LIBERTY, 干脆整个机器人是一次性的。多数机器人系统使用了大块的塑料无菌盒来隔绝介入器械和机器人的机电结构，如Corpath系统是最具代表性的。一些系统，如奥朋和鲁班可能只在与器械接触的夹爪上使用了一次性耗材，而机器人本体则被无菌布包裹。

（二）夹持系统

介入器械的夹持系统只要由摩擦轮和夹爪两种，而细小器械（如400微米左右直径的导丝）的夹持没有想象中那么简单，脱滑，弯折等情况很容易出现，并且多数介入器械上表面上有脆弱的涂层，过大的夹持力也能破坏这些涂层。

（三）器械更换

介入手术需要频繁地更换手术器械，如换不同尺寸，形状，功能的导管导丝，这个步骤非常复杂，目前只能人工代替。而这是机器人完全覆盖介入手术的一个大难点之一。更换器械需要在保证体内器械位置不变的情况下，运用合适的力道和技巧移开不需要的手术器械，这个以目前的机器人技术来说，都很难解决。

  一些悬而未决的问题

上面提到，介入手术机器人的终极目标就是让一整台介入手术都可以让机器代替人手去完成，从而能够隔绝所有医务人员的辐射（不仅仅是主要操作人员）。而手术机器人这一大类的终极目标之一是完成人类医生很难或者不能完成的治疗，并且有高度的自动化程度。

而介入手术机器人的当前发展进度离这些目标都还很远。除了能够减少医务人员的辐射量以外，用机器代替部分人手，在对患者的辐射保护，以及治疗质量上并没有什么可观的提升。下一段就介入机器人的一些未被解决的难点和未来发展方向进行展望。

（一）图像

目前介入手术大量依靠X射线显影，而且主要是二维图像，还有对患者医务人员的辐射。目前的介入机器人系统在图像导航方面下的功夫较少。相信未来在三维成像，人工智能图像分割方面有很大发展。介入手术在未来另有可能使用MRI进行图像导航，相关的无磁/弱磁介入机器人平台已经在学术界涌现。

（二） 触觉和力反馈

有相当一部分医生抱怨主从控制的医疗机器人系统缺失了触觉反馈功能，而且在介入领域非常明显，一些医生的技术是依靠手持器械微弱的触觉反馈。

目前的技术很难解决这个问题，考虑到器械在人体中的各种复杂的力，无法在器械上放置力传感器等问题，精确的力传感都很难做到，更何谈触觉反馈？

另一些医生则完全依靠图像来判断器械与组织的接触，不认为触觉反馈的重要性。所以介入机器人是否应该具有触觉反馈是存在争议的。不过对于介入器械异常作用力的感知是很重要的，它可以减小破坏血管组织的风险，多个介入机器人已经配备了这种防护功能。

（三）自动化与人工智能

人工智能在手术机器人的应用非常火热，几乎可以在所有宣传手册上看到，但是现实是很骨感的，不仅拿证挑战大，技术上仍有很多难题。

首先自动化手术需要对手术的进行状况进行智能的分析，主要的信息来源就是图像，刚才提到了，精准分割成像不那么稳定清晰的介入器械仍然没有被完美解决。缺少三维图像也给精准路径规划造成了难题。

另外由于介入器械的柔性和在体内复杂的运动表现，会出现迟滞（hysteresis）现象, 医生常常发现，手中操作的导丝，在X射线图像上并没有表现出应有的运动，那是因为许多运动在器械长距离和组织接触中被隐藏了。更可怕的是，这种隐藏的能量积攒到一定程度可能会突然释放，比如导管在体内莫名地转了几圈，增加了血管伤害的风险。准确预判和补偿这种迟滞现象对人工智能辅助介入手术的挑战很大。

使用现有的深度强化学习似乎很难解决这些问题，并且在拿证方面也似乎遥遥无期。但是毕竟介入手术已经是较低风险的微创手术，柔软的器械，相对简单的运动也最有希望首先在手术上实现高级自动化。

这里，Corpath提供另一种自动化手术的路径，最近两年Corindus主打的就是自动手术模块，通过将医生常使用的器械操作手法记录并让机器人自动运行，据说可以减少手术的时间，并且一些手法可以用机器实现频率和功率的放大，也是变相完成一些人手不能完成的动作。这些功能一部分已经通过了FDA认证。相信这些短小的自动化步骤，可以让更高级的智能连接起来，在医生的监督下，实现更长，更复杂的自动化介入步骤。

介入手术机器人的发展非常迅速，从机电设计、应用拓展、5G远程操控，甚至人工智能方面多点开花。这个领域我们国产机器人的创新较为迅猛，同时已经入场的企业也非常之多，国外也有若干个创业公司蓄势待发，介入手术机器人的竞争已经非常激烈，政府集采同时也给心脑血管医疗器械开发增加了不确定性。希望未来技术的发展，能够使介入机器人给人类健康提供更大的价值。