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我們都知道基于導(dǎo)管的手術(shù)操作需要將導(dǎo)管引導(dǎo)至目標(biāo)區(qū)域，以進(jìn)行治療或獲得組織樣本進(jìn)行診斷。然而，由于解剖結(jié)構(gòu)和人體軟組織與導(dǎo)管間的作用，術(shù)者通常需要反復(fù)多次將導(dǎo)管推入、回撤以改變方向，此時(shí)如操縱導(dǎo)管進(jìn)行彎曲可對(duì)導(dǎo)管的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行有限的控制，以使其盡快和正確的到達(dá)目標(biāo)位置。

第一代可調(diào)彎導(dǎo)管，由不同金屬互相銜接組成套管。這些形狀記憶合金（Shape memory alloy, SMA）金屬沿導(dǎo)管長(zhǎng)度方向銜接，相鄰金屬鏈接之間的間隙較小（通常為1mm），以防止短路，SMA連線通過頭端不銹鋼環(huán)連接整體。當(dāng)執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)時(shí)，整個(gè)導(dǎo)管可在不連續(xù)的位置局部彎曲。如下圖，由于直段導(dǎo)電，因此每個(gè)彎段都需要連接一個(gè)SMA執(zhí)行器，整個(gè)驅(qū)動(dòng)完成產(chǎn)生彎段后，系統(tǒng)將無法恢復(fù)為直段。（此第一代導(dǎo)管為中空系統(tǒng)，多用于輸送OCT等診斷工具~）

圖1 第一代可調(diào)彎導(dǎo)管

由于一代金屬導(dǎo)管僅可單側(cè)彎曲，以及彎曲后無法回直的局限性，對(duì)導(dǎo)管頭端作用力的可調(diào)彎導(dǎo)管應(yīng)運(yùn)而生。其中最常見的是拉線型，手柄連接不同材質(zhì)的拉線，機(jī)械或其他力使得導(dǎo)管頭端產(chǎn)生彎曲，松開后遠(yuǎn)端通過自然回彈恢復(fù)到原始形狀。幾乎目前市場(chǎng)可使用的所有可調(diào)彎導(dǎo)管均為此設(shè)計(jì)，并具有一定程度的操縱性。拉線導(dǎo)管的結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，可輕松進(jìn)行遠(yuǎn)程操控，不過問題是結(jié)構(gòu)相對(duì)笨重，尺寸受限無法過小，此外，拉線本身與引導(dǎo)通道之間的摩擦，以及間隙的存在可能使得導(dǎo)管難以控制，尤其是在反復(fù)操作后。

圖2 典型的拉線可調(diào)彎導(dǎo)管及手柄設(shè)計(jì)（Bard Stinger消融導(dǎo)管）

圖3 拉線型可調(diào)彎導(dǎo)管的結(jié)構(gòu)示意圖（紅色箭頭指示為拉線，以及遠(yuǎn)端部分的變形）（單根和多根拉線的結(jié)構(gòu)同理~）

圖4 具有離散骨架設(shè)計(jì)的可調(diào)彎導(dǎo)管（右側(cè)為骨架的一部分）

按照專利和設(shè)計(jì)，研究者們對(duì)可調(diào)彎導(dǎo)管進(jìn)行分類，可分為兩個(gè)大類：1）對(duì)頭端施加力（Force generation in tip）；2）力傳導(dǎo)至頭端（Force transmission to tip）。其中施力組可分為 a）電動(dòng)；b）熱效應(yīng) 和c）磁動(dòng)，等等，傳力組又可細(xì)分為：a）液壓腔室傳導(dǎo)的力，和b）機(jī)械連線傳導(dǎo)的力。當(dāng)然每個(gè)類別又可細(xì)分為多個(gè)子類別，不同類別導(dǎo)管在定位能力、應(yīng)用范圍和安全性，以及小型化潛力方面都存在不同。（當(dāng)然還有各種不同彎型的導(dǎo)管分類，以及平面和空間導(dǎo)管，等等）

圖5 可調(diào)彎導(dǎo)管的作用機(jī)理分類

圖6 2018年報(bào)道開發(fā)的世界上最小的磁導(dǎo)航導(dǎo)管，對(duì)比左側(cè)的常規(guī)拉線導(dǎo)管（來自蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院研究團(tuán)隊(duì)）（這里大家有沒想起一陣曾經(jīng)很火的各類磁、磁電導(dǎo)航公司~）

此處，如果大家關(guān)注電生理領(lǐng)域就會(huì)發(fā)現(xiàn)，可調(diào)彎的技術(shù)進(jìn)步也主要集中在這個(gè)領(lǐng)域（或者說所有導(dǎo)管和鞘管的技術(shù)進(jìn)步~）。由于標(biāo)測(cè)和消融技術(shù)需要多年的艱苦學(xué)習(xí)和掌握，并且安全有效的消融操作仍在不斷探討中，機(jī)器人導(dǎo)航技術(shù)在EP領(lǐng)域早已有之。10多年前的商業(yè)模式由于更具挑戰(zhàn)性，技術(shù)也不太成熟，所以電生理領(lǐng)域的許多機(jī)器人公司沒有走到今天，而隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，機(jī)器人導(dǎo)航，尤其遠(yuǎn)程操控仍在不斷地進(jìn)展，研發(fā)腳步未曾停止，希望一直都在。（甚至專門成立了一個(gè)Society of Cardiac Robotic Navigation, SCRN，去年11月份剛開完第五屆國際年會(huì)~）

圖7 Stereotaxis RMN系統(tǒng)（RMN，Remote magnetic navigation）

美國Intermountain Medical Center的J.Peter Weiss教授等2016年的報(bào)道中，入選了單中心627例房顫消融患者，其中接受手動(dòng)導(dǎo)管消融的312名，RMN組315名，持續(xù)性/長(zhǎng)期持續(xù)性房顫患者分別占兩組的46.5%和42.2%，隨訪3年發(fā)現(xiàn)兩組死亡、心衰再次住院、卒中、短暫性腦缺血發(fā)作TIA、房撲/房顫復(fù)發(fā)率相似，而RMN組的透視時(shí)間顯著降低（8.47±0.45 vs 9.63±4.06 min, p＜0.0001）。

圖8 兩組無事件生存率的比較（隨訪1年的房顫/房撲復(fù)發(fā)率兩組分別為：手動(dòng)組36.8% vs RMN組 38.6%）

當(dāng)然磁導(dǎo)航的問題不僅于此，大型設(shè)備的占地面積，以及磁滯現(xiàn)象的出現(xiàn)，都會(huì)影響磁導(dǎo)航的運(yùn)用。軟材料導(dǎo)管，另一方面，則并未被市場(chǎng)淘汰，除了前面提到的第一代形狀記憶金屬外，因其材料可達(dá)到導(dǎo)管的小型化，并能夠產(chǎn)生很大的力和相對(duì)很小的位移（部分情況下是個(gè)優(yōu)點(diǎn)），因此也可在某些情況下作為內(nèi)置導(dǎo)管使用，并可適配機(jī)器人操作系統(tǒng)。

圖9 SMA可調(diào)彎導(dǎo)管的現(xiàn)代結(jié)構(gòu)

還有一種更為小眾的使導(dǎo)管彎曲的方式則是，使用互相嵌入的同心管（采用超彈性鎳鈦合金材料套疊的三個(gè)或更多的管子），由于這組管材具有相同的剛度，因此它們的形狀將由最終的曲率決定。操縱時(shí)，通過調(diào)整這些不同大小直徑同心管間彼此的平移和旋轉(zhuǎn)位置，可產(chǎn)生曲率和長(zhǎng)度的不同變化。

引用文獻(xiàn)：

1.     J. Peter Weiss, Heidi T. May, Tamil L. Bair, et al. A comparison of remote magnetic irrigated tip ablation versus manual catheter irrigated tip catheter ablation with and without force sensing feedback. J Cardiovasc Electrophysiol, Vol. 27, pp. S5-S10, March 2016.

2.     Stereotaxis. http://www.roboticarrhythmiacare.com/?radius=9999.

3.     Awaz Ali, Dick H. Plettemnurg, Paul Breedveld. Steerable catheters in cardiology: classifying steerability and assessing future challenges. IEEE Transactions on Biomedical Engineering, vol. 63, no. 4, pp. 679-693, April 2016, doi: 10.1109/TBME.2016.2525785.