波士顿儿童医院儿科心脏生物工程主任、高级研究员Pierre Dupont博士认为，这是人体首次实现自主导航。他设想自动驾驶机器人协助外科医生进行复杂的手术，减少疲劳，让外科医生专注于最困难的操作——最终改善结果。他说:“思考这个问题的正确方式是将战斗机飞行员和战斗机进行类比。”“战斗机承担像驾驶飞机这样的常规任务，所以飞行员可以专注于任务中的更高层次的任务。”
该团队的机器人导尿管使用杜邦实验室开发的光学触摸传感器进行导航，并根据心脏解剖图和术前扫描提供信息。触摸传感器使用人工智能和图像处理算法，使导管能够确定它在心脏的位置和需要去的地方。
在演示过程中，该团队实施了一项技术要求很高的手术，即瓣膜性主动脉瓣泄漏封堵术，它可以修复已经开始在边缘泄漏的替换心脏瓣膜。(该团队为实验建造了自己的阀门。)一旦机器人导管到达泄漏位置，一位有经验的心脏外科医生就会控制并插入一个堵塞物来封闭泄漏。
在多次试验中，机器人导尿管成功地导航到心脏瓣膜泄漏处，所用时间与外科医生大致相同(使用手动工具或操纵杆控制的机器人)。
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生物启发的导航
通过一种称为“随墙而行”的导航技术，机器人导尿管的光学触摸传感器定期对周围环境进行采样，就像昆虫的触角或啮齿动物的胡须对周围环境进行采样一样，从而在大脑中构建不熟悉的黑暗环境的地图。传感器会告诉导管是接触到血液、心脏壁还是瓣膜(通过安装在顶端的摄像头拍摄的图像)，以及它的按压力度(以防止它破坏跳动的心脏)。
来自术前成像和机器学习算法的数据帮助导管解读视觉特征。这样，机器人导管就可以自己从心脏的底部，沿着左心室壁和有泄漏的瓣膜周围推进，直到到达泄漏的位置。杜邦解释说:“算法可以帮助导管确定它接触的是什么类型的组织，它在心脏中的位置，以及它应该如何选择下一个运动，以到达我们希望它去的地方。”
虽然自主机器人到达漏水的阀门所花的时间比外科医生要长一些，但它的沿墙技术意味着它走的路最长。杜邦说:“所有人的导航时间在统计上都是一样的，我们认为这是相当令人印象深刻的，因为你在充满血液跳动的心脏里，试图在一个特定的瓣膜上达到毫米尺度的目标。”他补充说，机器人视觉和感知环境的能力可以消除对荧光透视成像的需求，这种成像通常用于该手术，并使患者暴露在电离辐射下。
杜邦说，这个项目是他职业生涯中最具挑战性的。在机器人发现阀门泄漏的时候，给猪做手术的心脏外科医生可以放松下来，而杜邦的工程人员却在为这个项目征税，他们有时不得不在手术过程中为机器人重新编程，以完善技术。杜邦说:“我记得有几次我们团队的工程师们精疲力竭地走出手术室，但我们还是成功了。”“既然我们已经演示了自主导航，就有了更多的可能性。”
未来的愿景?
一些了解杜邦工作的心脏介入专家设想，机器人不仅仅用于导航，还可以执行常规心脏测绘任务。一些人设想这种技术可以在特别困难或不寻常的病例中提供指导，或在世界上缺乏经验丰富的外科医生的地区帮助进行手术。
随着美国食品和药物管理局(fda)开始为人工智能设备开发监管框架，杜邦公司(Dupont)设想，世界各地的自主手术机器人有可能汇集其数据，并随着时间的推移不断提高性能就像该领域的自动驾驶汽车将数据发回特斯拉，以完善其算法一样。杜邦说:“这不仅会创造公平的竞争环境，还会提高竞争水平。”“世界上每一位临床医生的操作技能和经验都与他们所在领域的顶尖水平相当。这一直是医疗机器人的承诺。自治权或许能让我们实现这一目标。”
来源:波士顿儿童医院
