3、基于行为的机器人冠状动脉导丝穿越技术的实验验证

基于行为的机器人冠状动脉导丝穿越技术的实验验证

1. 引言

经皮冠状动脉介入治疗（PCI）是一种用于开通因动脉粥样硬化而变窄或阻塞的冠状动脉的微创方法。在PCI手术过程中，临床医生主要依靠X射线透视来观察和引导导管、导丝及其他器械（如血管成形球囊和支架）。然而，医生在操作导丝穿过导管、进入冠状动脉并跨越狭窄或阻塞部位时，会持续暴露在X射线下。为减少长期辐射暴露，介入心脏病专家在整个手术过程中需穿着沉重的铅围裙。

为改善这种工作条件，让医生能在符合人体工程学的控制台前操作，机器人被引入以远程操控导丝和导管。但目前这些机器人仍由人类操作员在控制台进行被动控制。导丝的建模和控制颇具挑战，因为导丝的运动、尖端特性（如负载、涂层）以及血管腔的局部横截面积（如狭窄情况）相互作用，形成了一个高度非线性的系统。

在控制导丝穿越狭窄病变（即血管穿线）的任务中，理想情况是使用尽可能软的导丝。较软的导丝对血管腔的损伤较小，引发血管穿孔等不良事件的可能性也较低。在手术过程中，医生通常会更换为较硬的导丝来穿越困难的狭窄部位，然后再换回较软的导丝。若能将环境建模和最优导丝操作的优势与人类操作员的控制相结合，有望减少任务完成时间，使医生无需更换导丝就能穿越狭窄部位。

本文介绍了利用机器人系统快速响应能力生成导丝远端运动的方法，这些运动可能难以通过人手实现。机器人控制导丝运动和方向的基本动作是绕轴旋转以及在导丝近端进行推拉操作。我们首先研究在结构化环境设置下这些基本动作的组合，并对给定设置下的任务完成时间进行系统的实证比较。然后，展示了软导丝在困难狭窄病例中的改进动态行为运动。

2. 相关工作

此前已有对PCI中使用的导丝机械性能的详细评估，也有关