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。
这一过程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冠心病，其特征是动脉内斑块的形成以及随后的血流限制。和他们之前的许多患者一样，他们的手术是由一个机器人协助进行的，该机器人来自美国的CorPath GRX机器人平台科林斯，一家西门子保健公司．
然而，与之前的其他人不同，这五位病人是令人惊异的第一次的一部分:他们的主治医生在手术过程中不在他们的房间里。事实上，他在20英里外的一个远程工作站指导着机器人——完美地完成操作。
欢迎来到远程医疗的新领域。
机器人手术解决主要死因
据世界卫生组织（WHO）统计，心血管疾病（CVD）是全球头号死因，每年夺走1790万人的生命。在发展中国家和农村地区等缺乏紧急护理的地区，影响最大。
世界卫生组织指出，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，这一问题出现在农村社区，那里的小型医院往往没有介入心脏病专家等专家。正是在这些领域，像科林多斯开创的远程解决方案提供了希望和诱人的可能性金宝搏官方网站。
Tejas Patel博士实施了这些远程干预，并与他的同事Sanjay Shah和Samir Panchholy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脉综合征患者很少或根本无法获得即时介入治疗。目前的机器人技术结合网络连接的改善和R-PCI(机器人辅助PCI)操作人员的专业知识，可以在缺乏此类专业知识的地区作为一线服务。”该文章还指出，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。
医生从介入驾驶舱驾驶CorPath GRX。图片来源：科林斯
根据世界卫生组织的数据，心血管疾病是全球头号死亡原因，每年夺走1790万人的生命。
“要么远程遥控，要么回家”
自从CorPath机器人平台推出以来，Corindus团队一直在考虑在世界各地的患者需要治疗的任何时间、任何地点为他们提供服务。医生的安全也是如此。
虽然CorPath的机器人技术已经为医生在PCI手术中提供了极高的精确度和控制能力，但该系统仍然需要做更多的工作来保护医生的健康——在手术中使用的成像技术造成的辐射是很常见的，由于医生被迫佩戴必要的重型防护装备，骨科受伤也是如此。
Corindus首席执行官马克·托兰（Mark Toland）在谈到全球对创新远程医疗解决方案日益增长的需求的同时，意识到了一个提高外科医生安全性的机会，他告诉我们的团队，是时候“走远点或回家了”，Corindus研发研究员尼古拉斯·科滕斯特特（Nicholas Kottenstette）金宝搏官方网站回忆道。“这一口号在整个公司引起共鸣，迫使我们突破极限，进一步发展CorPath系统的功能和可能性，并实现另一个行业里程碑：实现第一个远程机器人辅助PCI。”
飞机控制技术引领机器人手术
Kottenstette自加入Corindus以来一直致力于机器人产品线。但他的职业生涯开始于另一个领域。他获得了博士学位。在圣母大学电气工程系，他设计了一个通过网络控制系统的框架，确保了稳定性，同时考虑了时间延迟和数据丢失。然后，他在范德比尔特大学开始了他的职业生涯，利用基于模型的设计为飞机开发机器人控制系统。正是这项工作导致了一种通过网络运行的不同类型的控制系统：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Sim金宝appulink®已经证明，它是应对发展我们的精密机器人系统所面临挑战的不可或缺的一部分，”Kottenstette说。
为了了解机器人系统的复杂工作，有助于对其关键部件进行基本清点。该系统由两个主站组成：床边单元（系统中允许在患者体内操作设备的部分）和介入驾驶舱（医生在介入期间从中引导设备）。
床边装置有一个可延伸的手臂和床边触摸屏。这是由擦洗人员操作的。图片来源：Corindus
介入性座舱包括一个辐射防护罩、监视器和控制台，使介入性心脏病专家能够在不佩戴铅的坐姿下工作。图片来源:Corindus
CorPath GRX机器人平台包括两个主要的工作站:一个是床头柜，这是系统的一部分，允许在病人体内操作设备;另一个是介入性座舱，医生在干预期间从座舱引导设备。
床边装置由伸展臂、机器人驱动装置和一次性无菌盒带组成。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患者体内的导丝、球囊/支架导管和导尿管。
介入心脏病专家在介入驾驶舱工作，该驾驶舱包含机器人控制子系统和远程临场感通信系统，并将医生与床边设备中的机器人连接起来。
帕特尔博士说：“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（即连接）和一个带有三个操纵杆的机器人控制台。”。监视器显示实时血液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。一个操纵杆用于球囊/支架操作，一个用于导丝操作，第三个用于导管操作
仔细观察这两个主要的系统——床头单元和介入座舱——就会发现机器人系统成功运行的关键在于相互协作和相互依赖。这些系统结合在一起已经带来了可量化的好处，包括提高了测量解剖以确定病变大小和支架长度的准确性，以及提高了支架定位的准确性。
“所有这些工作，包括使用MATLAB和Simulink的基于模型的设计，已经证明是必不可少的，以满足开发我们的精密机器人系统的挑战，”金宝app
Nicholas Kottenstette博士，科林斯大学研发研究员
远程手术
远程执行复杂的程序带来了重大的设计挑战，其中最主要的是实时、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存在明显的延迟或延迟时，医生的工作效率可能会降低。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（吞吐量）。系统应限制医生在不良网络条件下操作，以限制患者受伤的风险。
为了克服实时系统操作的挑战，Kottenstette利用了他使用基于模型的设计的创新记录。
“MATLAB、S金宝appimulink和Simulink实时™ 从引导机械臂运动的嵌入式电机控制，到荧光图像与工作站的通信方式，一直是我在CorPath系统上应用开发工作的主要内容，”Kottenstette说。“我的团队使用基于模型的设计为远程系统建模。”
这一方法带来了回报。例如，当Corindus开始开发下一代平台CorPath GRX时，它在实时支持USB 3.0设备之前就已经使用了通用摄像头。金宝app
Kottenstette说：“当我们努力开发一种不中断医生正常工作流程的高级实时视频功能时，MathWorks与我们携手开发了所需的支持。”。“一旦我们有了它，我们就可以根据需要压缩和解压缩图像，以便于远程操作员实时传输和使用。”金宝app
至于确保专用实时网络能力，Corindus使用Speedgoat系列目标机器高性能计算机，针对特定应用程序进行优化，以执行其系统的关键任务应用程序。CorPath GRX在操作现场有一个Speedgoat目标，在远程位置有一个目标，支持介入式驾驶舱，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程序在各个方面都是成功的。远程干预医师将机器人平台和网络连接系统的功能评定为等同于实验室手动PCI程序，没有明显的程序延迟或技术困难。53毫秒的平均延迟证实了这一点由网络记录，操作员很可能无法察觉。”
Kottenstette设计了控制床边设备的金宝appSimulink实时模型。
“MATLAB、S金宝appimulink和Simulink Real-Time一直是我在CorPath系统上应用开发工作的主要内容，从引导机械臂运动的嵌入式电机控制，到荧光图像与工作站的通信方式。我的团队使用基于模型的设计对远程系统进行建模。”
Nicholas Kottenstette博士，科林斯大学研发研究员
在远程R-PCI技术取得突破性成功的鼓舞下，科林达斯公司(Corindus)仍在继续努力，以期在脑治疗领域引领一场远程医疗革命。
Kottenstette说：“对于中风患者来说，每一秒都很重要，就像那些心脏病患者一样。”。“无论患者身在何处，我们都能通过我们的远程机器人协议来治疗他们，这是未来的潮流，并推动了我们在中风方面的下一套CorPath创新，中风是美国第一大致残原因和第五大死亡原因。”
看这个视频(3:11)了解Corindus如何在Speedgoat目标上运行实时应用程序，使用精确时间协议同步本地和远程站点时钟。
