在远程医疗的新前沿
远程机器人辅助心脏手术等
2018年,五个病人顶点心脏研究所的艾哈迈达巴德,印度,接受治疗冠状动脉疾病(CAD)每年300万人一样:一个小气球插入心脏的动脉和膨胀,使支架的放置方式保持开放的重要途径。
该过程被称为经皮冠状动脉介入(PCI),是动脉粥样硬化的标准治疗,通过噬菌斑的动脉内积聚和血流量的后续限制标记共同的CAD。就像他们之前许多病人,他们的行动是由一个机器人的GRX CorPath从机器人辅助平台Corindus,西门子健康公司。
然而,与他们之前的任何人不同的是,这五名患者是一个惊人的开端的一部分:他们的主治医生在手术过程中没有和他们在同一个房间。事实上,他在20英里以外的一个远程工作站指导机器人完成操作。
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机器人手术解决了导致死亡的主要原因
根据世界卫生组织(WHO)的数据,心血管疾病(CVD)是全球第一大死因,每年夺走1790万人的生命。这种影响在发展中国家和农村地区等缺乏紧急护理服务的地区最为严重。
世卫组织指出,超过四分之三的心血管疾病死亡发生在低收入和中等收入国家。在发达国家,这个问题出现在农村社区,那里的小医院往往没有像介入心脏病专家那样的专家。正是在这些领域,科林达斯率先提出的远程解决方案带来了希望和诱人的可能金宝搏官方网站性。
Tejas Patel博士实施了这些远程干预,并与他的同事Sanjay Shah和Samir Pancholy in一起撰写了相关文章EClinicalMedicine。根据这篇文章,“在发展中国家,绝大多数冠心病或急性冠状动脉综合征患者很少或没有获得立即的介入治疗。”目前的机器人技术结合了网络连接的改进和操作人员在R-PCI(机器人辅助PCI)程序方面的专业知识,可以在缺乏此类专业知识的地区作为一线服务使用。文章还指出,该系统可以作为一种补充服务,为更多的患者提供专业知识。
根据世界卫生组织的数据,心血管疾病是全球第一大死亡原因,每年夺走1790万人的生命。
“去远方还是回家”
在到达患者在世界各地的地方和引进自其CorPath机器人平台时,他们需要的治疗一直在Corindus队的想法。因此,有医生的安全。
虽然CorPath机械进步为医生提供了特殊精度和控制在PCI过程中,该系统还需要做更多的工作,维护医生health-exposure辐射成像技术中使用的程序是常见的,也是骨科损伤源于必要的重医生被迫穿防护设备。
“感知的机会增加安全的外科医生,同时解决日益增长的全球需求创新远程医疗解决方案,Corindus CEO马克·托兰曾告诉我们的团队,是时候让我们去远程或回家,”Nicholas Kottenstette回忆,Corindus博士研发研究员。金宝搏官方网站“这一战斗口号在整个公司产生了共鸣,迫使我们推进极限,进一步发展我们CorPath系统的能力和可能性,并实现另一个行业里程碑:实现第一个远程机器人辅助PCI。”
技术飞机的控制导致了机器人手术
自从加入Corindus Kottenstette对机器人生产线的工作。但他的职业生涯开始在不同的领域。他获得了博士学位在巴黎圣母院,他设计了网络控制系统的框架,以确保稳定性,同时占延时和数据丢失电气工程。然后,他在Vanderbilt大学开始了他的职业生涯,开发了使用基于模型的设计飞机的机器人控制系统。正是这种工作导致不同类型的控制系统通过网络操作:手术机器人。
所有这些工作都需要使用MATLAB进行基于模型的设计®和Sim金宝appulink®,已探明的整体满足发展我们的精密机器人系统的挑战,” Kottenstette说。
要了解机器人系统的复杂运作,它有助于把它的关键部件的基本清单。该系统包括两个主要站:床边单元,所述系统,其允许在患者体内操纵装置的一部分,并且在介入座舱,从该介入期间医师指导的设备。
CorPath GRX机器人平台包括两个主要的站:一个床边单元,系统的一部分,允许在病人体内操作设备,和一个介入驾驶舱,医生在干预期间指导设备。
床边单元由扩展伸出臂,机器人驱动器,和单次使用的无菌盒的。臂定位的机器人驱动器和磁带。机器人驱动器,其接收输入从控制台在驾驶舱,引导盒,这反过来操纵导丝,球囊/支架导管,引导导管在患者体内。
在介入性心脏病从介入驾驶舱,它包含两个机器人控制子系统和远程呈现通信系统的工作原理,以及医生的链接以便在床边单元机器人。
机器人控制变电站包含一个控制计算系统、监视器、网络设备(即还有一个带有三个操纵杆的机器人控制台,”帕特尔博士说。监视器显示实时血流动力学变量和透视视频,为操作员提供增强的PCI程序可视化。一个操纵杆用于操纵球囊/支架,一个用于操纵导丝,第三个用于操纵导管。”
仔细观察这两个主要系统——床旁装置和干预性驾驶舱——就会发现,机器人系统成功运行的关键是相互协作和相互依赖。这些系统结合起来,带来了可量化的好处,包括增加了测量解剖结构以确定病变大小和支架长度的准确性,以及增加了支架定位的精度。
“所有这些工作,包括使用MATLAB和Simulink进行基于模型的设计,已经证明是满足开发我们的精密机器人系统的挑战的必要条件。”金宝app
Nicholas Kottenstette博士,Corindus公司研发人员
长途手术
表演当中远程带来显著的设计挑战一个复杂的过程,首席实时,终端到终端的视频采集和处理:当有显著滞后或延迟在他们看到的图像和命令他们送过来一个医生可能不太有效运作网络。此外,重要的是,医师知道的网络连接,包括网络延迟和每秒(吞吐量)的图像的接收帧的质量。该系统应以限制网络较差条件下工作的限制医师风险患者的伤害。
为了克服实时系统操作的挑战,Kottenstette利用基于模型的设计进行创新。
“MATLAB、S金宝appimulink和Simulink Real-Time™一直是我在CorPath系统上的应用程序开发工作的主要部分,从用于指导机械臂运动的嵌入式电机控制,到与工作站通信的光面图像,”Kottenstette说。“我的团队使用基于模型的设计对远程系统建模。”
这种做法已经收到了成效。例如,当Corindus开始开发它的下一代平台CorPath GRX时,它使用的是通用相机,当时还没有对USB 3.0设备的实时支持。金宝app
“当我们推到开发没有打断医师的正常工作流程中先进的实时视频功能,MathWorks公司曾携手与我们共同开发必要的支持,” Kottenstette说。金宝app“一旦我们有这样的,我们可以根据需要,通过远程操作,以方便他们的实时传输和消费的压缩和解压缩的图像。”
作为确保专用的实时网络功能,Corindus使用的Speedgoat家庭的具体应用,来执行他的系统的关键任务应用而优化的目标机,高性能计算机。与在操作位点和一个位于远程位置,在那里它支持所述介入驾驶舱的Speedgoat目标,CorPath GRX极好进行。金宝app
帕特尔博士在他的报告中指出,“远程R-PCI手术在各个方面都是成功的。远程干预操作员认为机器人平台和网络连接系统的功能相当于实验室手动PCI程序,没有重大的程序延迟或技术困难。网络记录的53毫秒的平均延迟证实了这一点,这很可能对操作员来说是察觉不到的。”
“MATLAB、S金宝appimulink和Simulink Real-Time一直是我在CorPath系统上的应用开发工作的主要部分,从用于指导机械臂运动的嵌入式电机控制,到透视图像与工作站通信的方式。我的团队使用基于模型的设计为远程系统建模。”
Nicholas Kottenstette博士,Corindus公司研发人员
在远程R-PCI手术取得突破性成功的鼓舞下,Corindus继续在思考——大到足以引领脑治疗领域的远程医疗革命。
“每一秒对中风患者都很重要,就像对心脏病患者一样,”Kottenstette说。“无论患者身在何处,我们都能通过远程机器人协议为他们提供治疗,这是未来的潮流,在我们治疗中风的同时,也在推动我们的下一套CorPath创新。中风是美国第一大致残原因,也是第五大死亡原因。”