远程医疗的新领域
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。
这种方法被称为经皮冠状动脉介入治疗(PCI),是动脉粥样硬化的标准治疗方法。动脉粥样硬化是一种常见的CAD,其特征是动脉内斑块的堆积和随后的血流受限。像他们之前的许多病人一样,他们的手术是由机器人协助的——CorPath GRX机器人平台西门子健康顾问公司Corindus。
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英里之外的一个远程工作站指导机器人完成操作。
欢迎来到远程医疗的新前沿。
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学家这样的专家。正是在这些领域,像Corindus这样的远程解决方案为人们带来了希望金宝搏官方网站和诱人的可能性。
泰哈斯·帕特尔博士实施了这些远程干预,并与同事桑杰·沙阿(Sanjay Shah)和萨米尔·潘切利恩(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及时的介入治疗。目前的机器人技术结合了网络连接的改善和操作员在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”
自从CorPath机器人平台问世以来,Corindus团队就一直在考虑何时何地为世界各地需要治疗的患者提供服务。医生的安全也是如此。
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引起了共鸣,迫使我们推动极限,进一步发展我们的CorPath系统的能力和可能性,并实现另一个行业里程碑:启用第一个远程机器人辅助PCI。”
飞机控制技术带来了机器人手术
自加入Corindus公司以来,Kottenstette一直在机器人生产线上工作。但他的职业生涯是从另一个领域开始的。他在巴黎圣母院获得了电气工程博士学位,在那里他设计了一个框架来控制网络上的系统,在考虑时间延迟和数据丢失的同时确保系统的稳定性。随后,他在范德比尔特大学(Vanderbilt University)开始了自己的职业生涯,利用基于模型的设计开发飞行器的机器人控制系统。正是这项工作导致了一种不同类型的控制系统在网络上运行:手术机器人。
所有这些工作都涉及到使用MATLAB进行基于模型的设计®和仿真软金宝app件®Kottenstette说:“这一技术已经被证明是应对精密机器人系统发展挑战的重要手段。”
要了解机器人系统的复杂工作原理,对其关键部件进行基本的盘点是很有帮助的。该系统包括两个主要的站:一个床边单元,该系统的一部分,允许设备操作的病人,和一个介入座舱,从医生指导设备在干预期间。
CorPath GRX机器人平台由两个主要的工作站组成:一个是床边单元,这是系统中允许在病人体内操作设备的部分,另一个是干涉性座舱,医生在干预过程中从这个座舱引导设备。
床头柜由伸出的手臂、机器人驱动器和一次性无菌盒组成。手臂定位机器人驱动器和磁带。机器人驱动器接收来自驾驶舱控制台的输入,引导盒式磁带,盒式磁带反过来操纵导丝、气囊/支架导管和病人体内的导导管。
介入心脏病专家在介入座舱工作,座舱包括机器人控制子系统和远程呈现通信系统,并将医生与病床边的机器人连接起来。
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(即和一个带有三个操纵杆的机器人控制台,”帕特尔博士说。监视器显示实时的血流动力学变量和透视视频,为操作者提供PCI手术的可视化增强。一根操纵杆用于操纵球囊/支架,一根用于操纵导丝,第三根用于操纵导管。”
仔细观察这两个主要系统——床旁装置和介入式驾驶舱——就会发现,合作和相互依赖对机器人系统的成功运行至关重要。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
远距离手术
远程执行一个复杂的过程带来了重大的设计挑战,其中最主要的是实时的端到端视频捕获和处理:当医生看到的图像和通过网络发送的命令有明显的延迟或延迟时,他们的操作效率可能会降低。此外,医生必须了解网络连接的质量,包括网络延迟和每秒接收的图像帧数(吞吐量)。该系统应限制医生在恶劣的网络条件下操作,以限制对病人的伤害风险。
为了克服实时系统操作的挑战,Kottenstette借鉴了他使用基于模型的设计进行创新的经验。
Kottenste金宝apptte说:“MATLAB、Simulink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,到用于与工作站通信的面镜图像。”“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,而USB 3.0设备还没有提供实时支持。金宝app
Kottenstette说:“当我们努力开发一种不会打断医生正常工作流程的高级实时视频功能时,MathWorks与我们携手合作来开发所需的支持。”金宝app“一旦我们做到了这一点,我们就可以根据需要压缩和解压图像,方便远程操作人员进行实时传输和消费。”
为了确保专用的实时网络能力,Corindus使用了Speedgoat目标机器家族——针对特定应用进行优化的高性能计算机——来执行他的系统的关键任务应用。CorPath GRX在操作地点有一个高速山羊目标,在远程位置有一个,在那里它支持介入驾驶舱,CorPath GRX的表现令人钦佩。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。远程介入操作员认为机器人平台和网络连接系统的功能与实验室手动PCI程序相当,没有明显的程序延迟或技术困难。这被网络记录的53毫秒的平均延迟证实了,这很可能是操作员察觉不到的。”
“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对远程系统建模。”
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继续以“大”为目标——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,就像心脏病患者一样,”Kottenstette说。“我们可以用远程机器人协议在任何地方治疗患者,这是未来的潮流,也推动了CorPath在治疗中风方面的下一轮创新。在美国,中风是导致残疾的第一大原因,也是导致死亡的第五大原因。”