微創血管介入手術輔助系統的臨床前評價研究

朱瑾彥 張敏 楊伯清 彭鵬 羅佳菲 孫洋 秦冠博 李彬 岳廣新

2021 年中國心血管健康與疾病報告指出，中國心血管疾病患病率處于上升階段，推算心血管疾病現患人數3.3 億，其中冠心病1 139 萬[1]。經皮冠狀動脈（冠脈）介入治療（PCI）是冠心病的重要治療手段。傳統介入手術可顯著改善冠心病患者的預后，然而介入醫師的高劑量輻射暴露不容忽視[2-3]。西門子醫療公司于2011 年提出了機器人輔助系統的概念，專注于解決高劑量輻射暴露問題。目前，大量研究證明了機器人輔助介入手術的安全性和可行性[4-6]，機器人輔助介入手術可以減少介入醫師的輻射暴露。此外，機器人輔助系統可以精確測量病變長度，實現精準醫療[7]。本研究嘗試通過微創血管介入手術輔助系統（微亞醫療）對小型豬進行冠脈造影術，以評價其安全性和可行性，為該機器人輔助系統的臨床試驗提供數據。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

微創血管介入手術輔助系統用于微創血管介入治療中輸送和操控導管、導絲或球囊導管等專用器械和快速更換球囊或支架導管和導引導管。該系統包括以下主要單元（圖1）：醫師控制臺：通過分別對應導絲、導管以及球囊/支架導管的獨立手柄進行器械的遠程運動控制，導管、導絲可完成前進、后撤、旋轉指令，球囊、支架導管可完成前進、后撤指令。此外，還可通過觸屏進行器械推送、后撤的點動控制。操作盒驅動單元：可控制器械操作盒驅動導管/導絲前進或后撤或旋轉；可驅動球囊或支架導管遞送；可控制并推動注射對比劑。支撐機械臂：支撐操作盒驅動單元并可根據需要調整其位置和姿態。機器人軟件系統：通過手柄或觸屏輸入控制指令，手柄可控制器械進行連續動作，屏幕可提供短距離的器械點動操作。

圖1 微創血管介入手術輔助系統的整體構成

實驗動物：本研究通過中國醫學科學院阜外醫院實驗動物福利與倫理委員會審查[批號：0105-1-7-HX(X)-2]，獲批6 只健康普通級巴馬小型豬，雌雄不限，體重（40±5）kg。實驗組3 只，對照組3 只。

儀 器：Primus 麻 醉 機（Drager 公 司，德 國），Savina 呼吸機（Drager 公司，德國），心電壓力監控設備（飛利浦公司， IntelliVue MP70，荷蘭），Innova 2100-IQ 造影機（通用公司，美國），i-STAT1血氣分析儀（雅培公司，美國），ACT 測試儀（HEMOCHRON Jr Signature 公司，美國）。

耗材及藥物：6 F 造影導管（美敦力，美國），指引導絲（0.035"，COOK 公司，美國），注射用鹽酸替來他明鹽酸唑拉西泮（商品名：舒泰50，維克公司，法國），速眠新（主要成分：靜松靈、鹽酸二氫埃托啡和氟哌啶醇，中牧倍康），青霉素（華北制藥）。

1.2 實驗方法

1.2.1 手術方法

術前準備：手術前對動物進行隔離檢疫，獸醫檢查確認合格。術前禁食12 h，禁水6 h。采用舒泰50（2～5 mg/kg）和速眠新（1～2 mg/kg）誘導麻醉，麻醉成功后，穿刺耳緣靜脈建立靜脈通路，行氣管插管后進入手術室。

操作方法：實驗組：操控微創血管介入手術輔助系統完成小型豬的冠脈造影術；對照組：由具有冠脈介入治療10 年以上工作經驗的主任醫師完成并評價小型豬的冠脈造影術。所有動物均采用股動脈入路，并對每只動物分別進行左、右冠脈造影。

術后管理：動物手術結束后轉入動物術后監護室護理，給予鎮靜藥物，維持麻醉，術后3 h 完成血液學檢查，安樂死后完成組織病理取材。

1.2.2 檢查項目

冠脈造影評價：記錄操作人員手術總時間、X線曝光時間、造影結果評價（表1），介入手術輔助系統的功能評價由術者術后即刻完成（圖2）。

表1 冠狀動脈造影評價

圖2 微創血管介入手術輔助系統功能評價表

血液學檢查：動物分別在術前和術后3 h 進行血常規、生化及心肌酶檢測。

大體觀察：取材心臟、腦、肝臟、脾臟、肺、腎。大體觀察臟器外觀及剖面檢查、關注主動脈根部解剖變化，沿左前降支和左回旋支，右冠脈及后降支等4 支冠脈主支的血管長軸每隔3 mm 橫斷切開檢查，并檢查斷面心壁的出血、梗死改變。主要器官大體觀察表面及切面有無出血、梗死。

主動脈竇部損傷：大體解剖結合顯微鏡下觀察評價。主要觀察升主動脈內膜有無損傷、主動脈竇部有無損傷或撕裂或穿孔，有無血栓或感染性贅生物等，同時觀察左、右冠脈開口有無堵塞或撕裂。

冠脈血管損傷評分：0 分為無損傷；1 分為內彈力板損傷（＜50%），無中膜以及外彈力板損傷；2 分為內彈力板損傷（＜50%），中膜分散，無外彈力板損傷；3 分為內彈力板損傷（＞ 50%），中膜分散，無外彈力板損傷；4 分為內彈力板損傷（＞50%），中膜分散，外彈力板損傷。

冠脈血栓形成評分：按管腔閉塞的百分比分級，0 分為無血栓；1 分為＜25%管腔被血栓閉塞；2 分為25%～＜50%管腔被血栓閉塞；3 分為50%～75%管腔被血栓閉塞；4 分為＞75%管腔被血栓閉塞。

冠脈炎癥反應評分：0 分為無炎癥細胞或非常少，不構成炎癥反應；1 分為極小的炎癥反應，形成稀疏的浸潤或數個細胞厚的固體聚集（2～3 層）；2分為輕微的炎癥反應，形成密集的浸潤或較大聚集，但無普遍聚集；3 分為中度炎癥，形成密集浸潤或炎癥細胞普遍聚集，但不能消除或代替已有組織；4 分為重度炎癥，可消除或代替已有組織。

冠脈夾層與穿孔評分：0 分為無變化；1 分為＜25%區域，極小、幾乎不可見、稀疏；2 分為2%～50%區域，微小、區別明顯但不突出；3 分為51%～75%區域，中度、區別明顯但不普遍、中等密度；4 分為＞75% 區域，明顯或嚴重、普遍、密集。

心肌及其他臟器并發癥評價：側重評價冠脈操作可能導致的血供影響，觀察有無缺血或梗死改變。觀察遠端臟器血管栓塞和梗死改變。

1.3 統計學方法

采用SPSS 19.0 統計軟件分析數據，數據以均數±標準差表示，組間比較采用獨立樣本t 檢驗。P＜0.05 為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 動物手術情況

6 只實驗動物均分別接受了左、右冠脈造影操作，并存活至實驗終點。實驗組動物術中未出現機器事故和安全事故，術者對微創介入手術輔助系統非常滿意，對該系統的導絲操作、導管操作、造影操作均非常滿意。

2.2 血液學檢查結果（表2）

表2 血液學檢查結果（±s）

冠脈造影前后，血常規、心肌酶、生化指標均在可接受范圍內。實驗組術后3 h 血紅蛋白水平明顯低于對照組（P＜0.05），但均在正常值范圍內，余血液檢測指標差異均無統計學意義（P 均＞0.05)。血紅蛋白水平的差異推測是由于實驗組較對照組晚做3 h 左右，動物禁食時間長，實驗過程中補液導致血液稀釋。

2.3 冠脈造影結果分析（表3、圖3）

表3 冠狀動脈造影結果（±s）

圖3 兩組左、右冠狀動脈造影圖

對照組與實驗組的手術總時間[（30.00±11.53）min vs. （19.33±7.57）min]、造影時間[（19.67±12.22）min vs. （6.00±1.00）min]、血管痙攣評分[左冠脈造影：（0.50±0.84）分 vs.（0.00±0.00）分；右冠脈造影：（0.50±0.55）分 vs.（0.33±0.52）分]差異均無統計學意義（P 均＞0.05）。術中未出現動脈夾層。實驗組的左、右冠脈造影結果評分均高于對照組（P 均＜0.05）。

2.4 組織病理學評價

實驗組主動脈竇部，左、右冠脈開口均未見損傷，左前降支、左回旋支、右冠脈及后降支心表全程血管內皮完整，內、外彈力板未見撕裂或損傷，未見血栓形成，未見夾層或穿孔，心包無出血和積血，未見炎癥。對照組可見左冠脈開口內膜輕微損傷（1/3）。兩組均未檢出心肌及其他臟器的缺血、梗死等改變（圖4）。

圖4 組織病理學結果

3 討論

本實驗通過臨床前在體實驗評價微創血管介入手術輔助系統在冠脈造影手術中表現良好。使用該系統未發生動脈夾層，造影結果良好；病理結果顯示該系統在造影手術中安全性良好。動物存活至實驗終點，未發生感染、失血、肝腎功能障礙等不良事件。

相關研究顯示，介入醫師因職業暴露導致不同程度的放射性損傷[7]。使用機器人輔助系統可減少介入醫師的輻射暴露[3]。此外，最近的研究表明，機器人輔助系統也可在一定程度上降低患者的輻射劑量[8]。Beyar 等[9]于2006 年首次提出機器人輔助PCI 的概念，并開發出第一代機器人輔助系統進行臨床試驗，驗證機器人輔助系統進行PCI 的能力。PRECISE 研究證明了機器人輔助系統CorPath200 進行簡單病變治療的安全性和可行性[5]。2017 年的CORA-PCI 研究證明，在一些復雜病變介入治療中使用機器人輔助系統可以達到與單純人工操作相同的效果[6]。機器人輔助系統在中國的應用起步相對較晚。最早的相關報道由中國醫學科學院阜外醫院竇克非于2017 年使用CorPath GRX 機器人輔助系統完成亞洲首例機器人輔助PCI[10]。最近，中國自主研發機器人輔助系統取得了迅速進展。北京理工大學現代醫學工程系統研究所團隊提出一種可以實現8 mm 導管定位精度的主從式醫療機器人方案[11]。然而，上述技術仍處于早期研發階段。

盡管技術的進步使得介入手術機器人系統有了長足發展，但現有的機器人輔助系統存在一些局限性，例如缺乏觸覺反饋。導絲在介入過程中受到多重阻力：（1）導絲尖端與血管壁之間的接觸力；（2）導絲和血管壁之間的摩擦力；（3）血液對導絲的黏性阻力[5]。在單純手工操作中，介入醫師可以感受到這些阻力，有助于明確導絲的位置和狀態。觸覺反饋可指導介入醫師操縱導絲的力度。因此，沒有觸覺反饋警告的情況下，出現穿孔等并發癥的可能性增加。此外，現有的機器人輔助系統不支持使用微導管，不能同時操縱多個導絲或球囊，導致在復雜病變治療中的應用受到限制。該研究應用的微創血管介入手術輔助系統可輔助醫師進行導管、導絲的遠程遞送操作，實現順利推動導絲到達預定位置，操縱導管精確度較高，該系統可縮短介入造影手術時間，減少放射劑量，但值得注意的是，該系統尚缺乏觸覺反饋機制。機器人輔助系統的發展也將預示著PCI 手術方式的改變，伴隨各交叉學科的興起和發展，機器人輔助系統下的 PCI 更加精準化、規范化。

本研究中，將血液學檢查結果（血常規、生化指標、心肌酶）、血管造影（比較手術總時間及X 線曝光時間、有無出現血管痙攣及動脈夾層、造影評分）、病理組織學檢查（心臟、腦、肺、肝、脾、肺、腎有無血管損傷、出血、梗死及炎癥改變）及實驗過程中的不良事件作為安全性評價指標，將微創血管介入手術輔助系統成功輔助冠脈造影手術作為可行性評價指標，完成臨床前在體評價。本研究僅初步證實該微創血管介入手術輔助系統的安全性和可行性，與人體的相容性仍需進一步更大樣本的研究。

利益沖突：所有作者均聲明不存在利益沖突