解放軍總醫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。在超聲引導下，梁萍利用機器人導航技術進行精確定位后，穿刺針穩穩落在了治療部位……日前，由解放軍總醫院超聲科和清華大學精密儀器系機器人及其自動化研究所歷經3年研發的主動式超聲引導下穿刺輔助機器人系統成功應用于臨床。該項技術先后治療肝腎囊腫患者十余例，穿刺精度均控制在±2mm以內，效果良好，填補了我國在超聲引導下微創治療領域的空白，也表明了解放軍總醫院超聲科在自主創新領域又上一個新臺階。
 
1992年以來，超聲引導下經皮局部熱凝固治療肝腫瘤技術在國內外迅速興起，成為繼肝動脈栓塞化療以后又一種非手術治療的有效的新方法，被喻為介入性超聲發展史上新的里程碑。解放軍總醫院超聲科在國際著名專家董寶瑋教授的帶領下，經過10多年堅持不懈的努力，在微波消融治療肝癌領域居國際領先水平。
 
然而，作為一種局部熱凝固治療技術，為了達到其微創、有效的目的必須實現植入式微波天線的立體精確定位。但在醫生為患者進行治療操作中，很多因素造成了微波天線難以精準植入。首先，天線的植入依賴二維超聲作為引導，而二維超聲圖像的引導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，甚至導致不應該出現的并發癥。其次，由于受超聲探頭的角度、操作者的經驗等諸多因素的影響，醫生在操作中手部的抖動或用力不均勻，都會造成穿刺針道發生偏移，直接影響各種穿刺和腫瘤消融的治療效果。還有，經驗豐富的超聲醫生掌握植入立體定位技術需要經過3～5年的培訓，這在一定程度上大大限制了該技術在臨床的普及應用。
 
如何將超聲引導下的腫瘤消融治療建立在更加科學、可控和具有預見性的基礎上，提高操作精度，使介入性操作變得更加方便、靈活，真正實現超聲引導肝癌微波治療的精確三維適形消融呢？
 
解放軍總醫院超聲科副主任梁萍教授在長期的臨床實踐中，敏銳地洞察到這一制約超聲引導下腫瘤消融的瓶頸問題。梁萍通過查閱大量文獻資料，密切跟蹤了解國外發展動態和受到其他微創技術的啟發，開創性地提出了自己的創新方案——在超聲引導下引入導航技術和機器人技術進行精確定位和穩定穿刺，實現腫瘤消融治療的設想。她的想法立即得到了超聲科主任唐杰的肯定和支持。
 
梁萍和她的團隊經過全面考察，聯系到國內在機器人研發上享有盛譽的清華大學精儀系教授陳肯，梁萍向陳教授表述了他們開展機器人用于腫瘤消融治療的設想和合作的愿望。之后，兩個研究團隊之間反復進行溝通交流，論證了機器人研發的可行性，達成了合作的意向。
 
這一跨學科、醫工聯合的研究定位高，使解放軍總醫院在肝癌微創治療領域處于國內領先地位。設計的超聲引導肝腫瘤消融治療機器人系統由醫療機器人、微波消融專家庫、超聲圖像處理和定位四個子系統組成。
 
超聲圖像的三維重建配準和機器人的運動控制是整個項目的關鍵和難點。項目組將任務進行分解、逐個攻克。經過不懈努力，終于設計出一套完整的三維圖像軟件，能夠初步實現三維超聲可視化、介入手術計劃、介入手術模擬、圖像匹配算法和導航功能。
 
憑借前期工作的積累，研究團隊積極申報科研基金，先后爭取到北京市和國家重點項目的基金資助，獲研究經費1000余萬元。先后完成了基于磁定位系統控制軟件的設計、基于自由臂掃查的三維超聲重建算法、以解剖標志點為基礎的人工匹配方法、實時圖像與術前三維圖像的聯動。在被動式機器人的基礎上設計制造了一臺五自由度主動式機器人穿刺系統。機器人的基本結構包括手臂和手腕兩部分，其中，手臂運動確定機器人末端，即引導裝置末端的位置，手腕運動確定機器人末端的姿態。手腕結構采用遠心運動機構，具有兩個轉動自由度，這種設計更加小巧靈活，便于拆卸和消毒。
 
經過3年攻關，超聲引導下穿刺輔助機器人系統已在關鍵技術上取得了重大突破，獲得了一系列研究成果。今后，項目研究組將對機器人系統的臨床應用情況進行認真總結，科學分析，不斷完善，為下一步投入腫瘤消融治療打下堅實的基礎。