解放軍總醫(yī)院超聲科介入治療室的梁萍教授正在為一名腎囊腫患者做穿刺治療。在超聲引導(dǎo)下，梁萍利用機(jī)器人導(dǎo)航技術(shù)進(jìn)行精確定位后，穿刺針?lè)€(wěn)穩(wěn)落在了治療部位……日前，由解放軍總醫(yī)院超聲科和清華大學(xué)精密儀器系機(jī)器人及其自動(dòng)化研究所歷經(jīng)3年研發(fā)的主動(dòng)式超聲引導(dǎo)下穿刺輔助機(jī)器人系統(tǒng)成功應(yīng)用于臨床。該項(xiàng)技術(shù)先后治療肝腎囊腫患者十余例，穿刺精度均控制在±2mm以內(nèi)，效果良好，填補(bǔ)了我國(guó)在超聲引導(dǎo)下微創(chuàng)治療領(lǐng)域的空白，也表明了解放軍總醫(yī)院超聲科在自主創(chuàng)新領(lǐng)域又上一個(gè)新臺(tái)階。
 
1992年以來(lái)，超聲引導(dǎo)下經(jīng)皮局部熱凝固治療肝腫瘤技術(shù)在國(guó)內(nèi)外迅速興起，成為繼肝動(dòng)脈栓塞化療以后又一種非手術(shù)治療的有效的新方法，被喻為介入性超聲發(fā)展史上新的里程碑。解放軍總醫(yī)院超聲科在國(guó)際著名專家董寶瑋教授的帶領(lǐng)下，經(jīng)過(guò)10多年堅(jiān)持不懈的努力，在微波消融治療肝癌領(lǐng)域居國(guó)際領(lǐng)先水平。
 
然而，作為一種局部熱凝固治療技術(shù)，為了達(dá)到其微創(chuàng)、有效的目的必須實(shí)現(xiàn)植入式微波天線的立體精確定位。但在醫(yī)生為患者進(jìn)行治療操作中，很多因素造成了微波天線難以精準(zhǔn)植入。首先，天線的植入依賴二維超聲作為引導(dǎo)，而二維超聲圖像的引導(dǎo)容易造成三維空間定位的不精確，影響各種穿刺和腫瘤消融的治療效果，甚至導(dǎo)致不應(yīng)該出現(xiàn)的并發(fā)癥。其次，由于受超聲探頭的角度、操作者的經(jīng)驗(yàn)等諸多因素的影響，醫(yī)生在操作中手部的抖動(dòng)或用力不均勻，都會(huì)造成穿刺針道發(fā)生偏移，直接影響各種穿刺和腫瘤消融的治療效果。還有，經(jīng)驗(yàn)豐富的超聲醫(yī)生掌握植入立體定位技術(shù)需要經(jīng)過(guò)3～5年的培訓(xùn)，這在一定程度上大大限制了該技術(shù)在臨床的普及應(yīng)用。
 
如何將超聲引導(dǎo)下的腫瘤消融治療建立在更加科學(xué)、可控和具有預(yù)見性的基礎(chǔ)上，提高操作精度，使介入性操作變得更加方便、靈活，真正實(shí)現(xiàn)超聲引導(dǎo)肝癌微波治療的精確三維適形消融呢？
 
解放軍總醫(yī)院超聲科副主任梁萍教授在長(zhǎng)期的臨床實(shí)踐中，敏銳地洞察到這一制約超聲引導(dǎo)下腫瘤消融的瓶頸問(wèn)題。梁萍通過(guò)查閱大量文獻(xiàn)資料，密切跟蹤了解國(guó)外發(fā)展動(dòng)態(tài)和受到其他微創(chuàng)技術(shù)的啟發(fā)，開創(chuàng)性地提出了自己的創(chuàng)新方案——在超聲引導(dǎo)下引入導(dǎo)航技術(shù)和機(jī)器人技術(shù)進(jìn)行精確定位和穩(wěn)定穿刺，實(shí)現(xiàn)腫瘤消融治療的設(shè)想。她的想法立即得到了超聲科主任唐杰的肯定和支持。
 
梁萍和她的團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)全面考察，聯(lián)系到國(guó)內(nèi)在機(jī)器人研發(fā)上享有盛譽(yù)的清華大學(xué)精儀系教授陳肯，梁萍向陳教授表述了他們開展機(jī)器人用于腫瘤消融治療的設(shè)想和合作的愿望。之后，兩個(gè)研究團(tuán)隊(duì)之間反復(fù)進(jìn)行溝通交流，論證了機(jī)器人研發(fā)的可行性，達(dá)成了合作的意向。
 
這一跨學(xué)科、醫(yī)工聯(lián)合的研究定位高，使解放軍總醫(yī)院在肝癌微創(chuàng)治療領(lǐng)域處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先地位。設(shè)計(jì)的超聲引導(dǎo)肝腫瘤消融治療機(jī)器人系統(tǒng)由醫(yī)療機(jī)器人、微波消融專家?guī)?、超聲圖像處理和定位四個(gè)子系統(tǒng)組成。
 
超聲圖像的三維重建配準(zhǔn)和機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制是整個(gè)項(xiàng)目的關(guān)鍵和難點(diǎn)。項(xiàng)目組將任務(wù)進(jìn)行分解、逐個(gè)攻克。經(jīng)過(guò)不懈努力，終于設(shè)計(jì)出一套完整的三維圖像軟件，能夠初步實(shí)現(xiàn)三維超聲可視化、介入手術(shù)計(jì)劃、介入手術(shù)模擬、圖像匹配算法和導(dǎo)航功能。
 
憑借前期工作的積累，研究團(tuán)隊(duì)積極申報(bào)科研基金，先后爭(zhēng)取到北京市和國(guó)家重點(diǎn)項(xiàng)目的基金資助，獲研究經(jīng)費(fèi)1000余萬(wàn)元。先后完成了基于磁定位系統(tǒng)控制軟件的設(shè)計(jì)、基于自由臂掃查的三維超聲重建算法、以解剖標(biāo)志點(diǎn)為基礎(chǔ)的人工匹配方法、實(shí)時(shí)圖像與術(shù)前三維圖像的聯(lián)動(dòng)。在被動(dòng)式機(jī)器人的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)制造了一臺(tái)五自由度主動(dòng)式機(jī)器人穿刺系統(tǒng)。機(jī)器人的基本結(jié)構(gòu)包括手臂和手腕兩部分，其中，手臂運(yùn)動(dòng)確定機(jī)器人末端，即引導(dǎo)裝置末端的位置，手腕運(yùn)動(dòng)確定機(jī)器人末端的姿態(tài)。手腕結(jié)構(gòu)采用遠(yuǎn)心運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，具有兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，這種設(shè)計(jì)更加小巧靈活，便于拆卸和消毒。
 
經(jīng)過(guò)3年攻關(guān)，超聲引導(dǎo)下穿刺輔助機(jī)器人系統(tǒng)已在關(guān)鍵技術(shù)上取得了重大突破，獲得了一系列研究成果。今后，項(xiàng)目研究組將對(duì)機(jī)器人系統(tǒng)的臨床應(yīng)用情況進(jìn)行認(rèn)真總結(jié)，科學(xué)分析，不斷完善，為下一步投入腫瘤消融治療打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。