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。
这种手术被称为经皮冠状动脉介入治疗(PCI)，是治疗动脉粥样硬化的标准方法。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积聚和随后的血流限制。和之前的许多患者一样，他们的手术是由机器人辅助的——CorPath GRX机器人平台Corindus，西门子Healthineers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。
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机器人手术解决了导致死因
根据世界卫生组织（世卫组织），心血管疾病（CVD）是全球死亡人数，每年申请1790万人生命。在缺乏准备好的关键护理，如发展中国家和农村地区，影响是最大的影响。
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万博 尤文图斯。
Tejas Patel博士进行了这些远程干预措施，并用他的同事Sanjay Shah和Samir Pancholy写了一篇关于他们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:Corindus
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团队就一直在想，无论何时何地，为世界各地需要治疗的患者提供帮助。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。
“Sensing an opportunity to increase the safety of surgeons while at the same time addressing the growing global need for innovative telemedicine solutions, Corindus CEO Mark Toland famously told our team that it was time for us to ‘go remote or go home,’” recalls Nicholas Kottenstette, Ph.D., R&D Fellow at Corindus. “This battle cry resonated across the company, forcing us to push the envelope, further evolve the capabilities and possibilities of our CorPath system, and achieve another industry milestone: enabling the first remote robotic-assisted PCI.”
飞机控制技术导致机器人手术
Kottenstette自加入Corindus以来一直在机器人生产线上工作。但他在另一个领域开始了他的职业生涯。他在圣母大学(Notre Dame)获得电气工程博士学位，在那里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。随后，他在范德比尔特大学(Vanderbilt University)开始了自己的职业生涯，利用基于模型的设计(Model-Based Design)为飞机开发机器人控制系统。正是这项工作导致了一种不同类型的控制系统在网络上运行: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®和仿真软万博1manbetx件®Kottenstette说。
要了解机器人系统的复杂工作原理，对其关键部件进行基本清点是有帮助的。该系统包括两个主要的站:一个是床边单元，这是系统的一部分，允许在病人体内操作设备;另一个是介入座舱，在介入过程中，医生从座舱中引导设备。
床头柜有一个伸展的伸展臂和床边触摸屏。这由磨砂员工运营。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。
床头柜由延伸臂、机器人驱动装置和一次性无菌卡带组成。手臂放置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，引导卡带，进而操纵导丝、气囊/支架导管和患者体内的导导管。
介入心脏病专家在介入座舱工作，座舱包含机器人控制子系统和远程呈现通信系统，并将医生与床边单元的机器人连接起来。
“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）和带有三个操纵杆的机器人控制台，”Patel博士说。“监视器显示实时血液动力变量和荧光透视视频，提供操作员增强了PCI过程的可视化。一个操纵杆用于气球/支架操作，一个用于导丝操纵，以及第三个用于导管操纵。“
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，”万博1manbetx
尼古拉斯kottenstette，Ph.D.，Corindus的研发人员
远距离手术
远程执行一个复杂的程序带来了重大的设计挑战，其中最主要的是实时、端到端视频捕捉和处理:当医生看到的图像和通过网络发送的命令存在显著延迟或延迟时，他们的操作效率可能会降低。此外，医生了解网络连接的质量也很重要，这包括网络延迟和每秒接收的图像帧数(吞吐量)。该系统应该限制医生在恶劣的网络条件下操作，以限制病人受伤的风险。
为了克服实时系统运营的挑战，Kottenstette利用基于模型的设计制作了创新的追踪记录。
“MATLAB, Simulink, and Simulink Real-Time™ have long been staples of my application-development work on the CorPath system, from embedded motor controls for guiding the robotic arm’s motions, to the way the flourscopic images are communicated with the workstations,” says Kottenstette. “My team modeled the remote system using Model-Based Design.”
这种方法已经支付了股息。例如，随着Corindus开始开发其下一代平台，它在对USB 3.0设备实时支持之前，它使用通用相机。万博1manbetx
Kottenstette说:“当我们推动开发不中断医生正常工作流程的先进实时视频功能时，MathWorks与我们携手合作，开发所需的支持。”万博1manbetx“一旦我们有了它，我们就可以根据需要压缩和解压图像，以方便远程操作人员实时传输和消耗图像。”
为了确保专用的实时网络能力，Corindus使用了Speedgoat系列目标机——针对特定应用程序进行优化的高性能计算机——来执行系统的关键任务应用程序。CorPath GRX在操作现场和远程位置分别配备了一个Speedgoat目标和一个支持介入驾驶舱的目标，表现令人钦佩。万博1manbetx
帕特尔博士在他的报告中说明，“远程R-PCI程序在所有方面都成功。远程介入者操作员评定了机器人平台的功能和网络连接系统等同于实验室手册PCI程序，没有显着的程序延迟或技术难题。这是由网络记录的53毫秒均值延迟的证实，这对操作员来说很可能是不可察觉的。“
KottenStette设计了模拟的实时型号万博1manbetx，可控制床头柜。
“MATLAB、S万博1manbetximulink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。”
尼古拉斯kottenstette，Ph.D.，Corindus的研发人员
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。
“冲程受害者的每一秒事项，就像那些遭受心脏病发作的人一样，”Kottenstette说。“我们在远程机器人协议的任何地方治疗患者的能力是未来的浪潮，正在推动我们的下一组集团创新，因为我们采取笔画，这是残疾人的头号和第五个导致死亡原因the U.S.”
看这个视频(三)要了解Corindus如何在SpeedGoat目标上运行实时应用程序，使用精密时间协议同步本地和远程站点时钟。
