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(xiàn)患人數(shù)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(tǒng)介入手術可顯著改善冠心病患者的預后，然而介入醫(yī)師的高劑量輻射暴露不容忽視[2-3]。西門子醫(yī)療公司于2011 年提出了機器人輔助系統(tǒng)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(yī)師的輻射暴露。此外，機器人輔助系統(tǒng)可以精確測量病變長度，實現(xiàn)精準醫(yī)療[7]。本研究嘗試通過微創(chuàng)血管介入手術輔助系統(tǒng)（微亞醫(yī)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(tǒng)的臨床試驗提供數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

微創(chuàng)血管介入手術輔助系統(tǒng)用于微創(chuàng)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(tǒng)包括以下主要單元（圖1）：醫(yī)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(jù)需要調整其位置和姿態(tài)。機器人軟件系統(tǒng)：通過手柄或觸屏輸入控制指令，手柄可控制器械進行連續(xù)動作，屏幕可提供短距離的器械點動操作。

圖1 微創(chuàng)血管介入手術輔助系統(tǒng)的整體構成

實驗動物：本研究通過中國醫(yī)學科學院阜外醫(yī)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(jiān)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(yī)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(chuàng)血管介入手術輔助系統(tǒng)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(yī)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(jiān)護室護理，給予鎮(zhèn)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(tǒng)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(chuàng)血管介入手術輔助系統(tǒng)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(guī)、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(shù)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(qū)域，極小、幾乎不可見、稀疏；2 分為2%～50%區(qū)域，微小、區(qū)別明顯但不突出；3 分為51%～75%區(qū)域，中度、區(qū)別明顯但不普遍、中等密度；4 分為＞75% 區(qū)域，明顯或嚴重、普遍、密集。

心肌及其他臟器并發(fā)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(tǒng)計學方法

采用SPSS 19.0 統(tǒng)計軟件分析數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)以均數(shù)±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(tǒng)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(xiàn)機器事故和安全事故，術者對微創(chuàng)介入手術輔助系統(tǒng)非常滿意，對該系統(tǒng)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(guī)、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(tǒng)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(tǒng)計學意義（P 均＞0.05）。術中未出現(xiàn)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(chuàng)血管介入手術輔助系統(tǒng)在冠脈造影手術中表現(xiàn)良好。使用該系統(tǒng)未發(fā)生動脈夾層，造影結果良好；病理結果顯示該系統(tǒng)在造影手術中安全性良好。動物存活至實驗終點，未發(fā)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(yī)師因職業(yè)暴露導致不同程度的放射性損傷[7]。使用機器人輔助系統(tǒng)可減少介入醫(yī)師的輻射暴露[3]。此外，最近的研究表明，機器人輔助系統(tǒng)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(fā)出第一代機器人輔助系統(tǒng)進行臨床試驗，驗證機器人輔助系統(tǒng)進行PCI 的能力。PRECISE 研究證明了機器人輔助系統(tǒng)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(tǒng)可以達到與單純人工操作相同的效果[6]。機器人輔助系統(tǒng)在中國的應用起步相對較晚。最早的相關報道由中國醫(yī)學科學院阜外醫(yī)院竇克非于2017 年使用CorPath GRX 機器人輔助系統(tǒng)完成亞洲首例機器人輔助PCI[10]。最近，中國自主研發(fā)機器人輔助系統(tǒng)取得了迅速進展。北京理工大學現(xiàn)代醫(yī)學工程系統(tǒng)研究所團隊提出一種可以實現(xiàn)8 mm 導管定位精度的主從式醫(yī)療機器人方案[11]。然而，上述技術仍處于早期研發(fā)階段。

盡管技術的進步使得介入手術機器人系統(tǒng)有了長足發(fā)展，但現(xiàn)有的機器人輔助系統(tǒng)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(yī)師可以感受到這些阻力，有助于明確導絲的位置和狀態(tài)。觸覺反饋可指導介入醫(yī)師操縱導絲的力度。因此，沒有觸覺反饋警告的情況下，出現(xiàn)穿孔等并發(fā)癥的可能性增加。此外，現(xiàn)有的機器人輔助系統(tǒng)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(chuàng)血管介入手術輔助系統(tǒng)可輔助醫(yī)師進行導管、導絲的遠程遞送操作，實現(xiàn)順利推動導絲到達預定位置，操縱導管精確度較高，該系統(tǒng)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(tǒng)尚缺乏觸覺反饋機制。機器人輔助系統(tǒng)的發(fā)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(fā)展，機器人輔助系統(tǒng)下的 PCI 更加精準化、規(guī)范化。

本研究中，將血液學檢查結果（血常規(guī)、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(xiàn)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(chuàng)血管介入手術輔助系統(tǒng)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(chuàng)血管介入手術輔助系統(tǒng)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