手持式手术机器人可以帮助阻止致命失血

在一次创伤性事故后，医疗专业人员有一小段时间可以对严重内出血的受害者进行挽救生命的治疗。提供这种类型的护理是复杂的，关键的干预措施需要将针和导管插入中央血管，通过它可以提供液体、药物或其他辅助手段。急救人员，如救护车急救医疗技术人员，没有接受过执行这一程序的培训，因此只有在受害者被送往医院后才能进行治疗。在某些情况下，当受害者到达接受治疗时，可能已经太晚了。

麻省理工学院林肯实验室的一组研究人员，由来自人类健康和性能系统小组的Laura Brattain和Brian Telfer领导，与来自麻省总医院超声研究和翻译中心(CURT)的医生一起，由Anthony Samir领导，开发了一个解决这个问题的方案。人工智能引导超声介入设备(AI-GUIDE)是一种手持平台技术，有潜力帮助人员通过简单的培训快速安装超声介入设备导管插入普通的股血管，在伤处进行快速治疗。

“简单地说，这就像一个高度智能的钉钉检测器与精密钉枪结合在一起，”该实验室人类健康与性能系统小组的研究小组成员马特·约翰逊(Matt Johnson)说。

AI-GUIDE是一种由定制算法和集成机器人组成的平台设备，可以与大多数商用便携式超声设备配对。为了操作AI-GUIDE，用户首先将其放在患者的身体上，靠近大腿和腹部的交界处。一个简单的瞄准显示器引导用户到正确的位置，然后指示他们扣动扳机，精确地将针插入血管。该设备验证针头已经穿透血管，然后提示使用者推进一根集成的导丝，一根插入身体的细线，引导更大的仪器，如导管，进入血管。然后用户手动插入导管。一旦导管安全地插入血管，设备就会收回针头，用户就可以取出设备。

导管安全插入血管后，急救人员就可以输送液体、药物或其他干预措施。

像按按钮一样容易

林肯实验室团队利用用于图像中实时物体检测的技术开发了设备中的AI。

实验室研究团队成员Lars Gjesteby说:“使用迁移学习，我们在MGH的临床合作者获得的大型超声扫描数据集上训练算法。”“这些图像包含了血管解剖的关键标志，包括股总动脉和静脉。”

这些算法解释来自与AI-GUIDE配对的超声的视觉数据，然后在显示器上向用户指示正确的血管位置。

设计该显示器的团队成员莫希特•乔希(Mohit Joshi)表示:“设备上显示的美妙之处在于，用户无需解释，甚至无需看到超声波图像。”“他们只是被指示移动设备，直到屏幕中央出现一个代表目标血管的矩形。”

对于用户来说，这种设备可能看起来就像按下一个按钮来推进针一样简单，但为了确保快速可靠的成功，幕后发生了很多事情。例如，当病人失去大量血液并出现低血压时，通常是圆形和充满血液的静脉就会变得平坦。当针尖到达静脉中心时，静脉壁很可能向内“帐篷”，而不是被针刺穿。因此，尽管针头已经注射到正确的位置，但它无法进入血管。

为了确保针能可靠地刺穿血管，该团队设计了能够检查自身工作的设备。

“当AI-GUIDE向血管中心注射针头时，它会通过产生吸力来寻找血液的存在，”该项目的机械工程师乔希·韦布林(Josh Werblin)说。“当血液出现时，设备手柄上的光学器件就会触发，表明插入成功。”这项技术是AI-GUIDE显示出非常高注射成功率的部分原因，即使在静脉可能收缩的低血压情况下也是如此。

最近，该团队在该杂志上发表了一篇论文生物传感器报告AI-GUIDE的针头插入成功率。医疗经验从0年到15年以上的用户在人体组织和血管的人造模型上测试了AI-GUIDE，一位专家用户在一系列注射了镇静剂的活猪上测试了AI-GUIDE。研究小组报告说，仅经过两分钟的口头训练，所有在人造人体组织上使用该设备的用户都成功地插入了针，除一人外，所有人都在不到一分钟内完成了任务。专家用户还成功地在大约一分钟内快速放置针和集成导丝和导管。针的插入速度和准确性与在医院环境中对人类患者操作的有经验的临床医生相当。

MGH的放射科医生和合作者Theodore Pierce表示，AI-GUIDE的设计使其稳定且易于使用，直接转化为低培训要求和有效的性能。他说:“AI-GUIDE有潜力更快、更精确、更安全，而且比目前手动图像引导的针头放置程序需要的培训更少。”“模块化设计还可以轻松适应血管通路以外的各种临床场景，包括微创手术、图像引导活检和成像导向的癌症治疗。”

2021年，该团队获得了AI-GUIDE的研发100奖，被认为是今年可用于许可或市场上的最具创新性的新技术之一。

接下来是什么?

目前，该团队正在继续测试该设备，并致力于使其操作的每一步都完全自动化。特别是，他们希望将导丝和导管插入步骤自动化，以进一步降低用户错误或潜在感染的风险。

Pierce说:“在放置导管后收回针头可以减少针头意外受伤的机会，在实践中这是一种严重的并发症，可能导致艾滋病毒和肝炎等疾病的传播。”“我们希望，由于针、导丝和导管的完整整合，可以减少手术过程中手工操作的次数，从而降低中央静脉感染的风险。”

AI-GUIDE是在林肯实验室的新虚拟集成技术实验室(VITL)中构建和测试的。VITL的建立是为了将医疗设备原型化能力带入实验室。

AI- guide项目联合负责人劳拉·布拉登(Laura Brattain)说:“我们的愿景是快速建立智能医疗设备的原型，这些设备集成了人工智能、传感(特别是便携式超声波)和微型机器人，以解决军事和民用医疗的关键未满足需求。”劳拉·布拉登同时也是麻省总医院的访问科学家。“通过与我们的临床合作者密切合作，我们的目标是开发可以快速转化为临床环境的能力。我们预计VITL的作用将继续扩大。”

AI-GUIDE的MGH联合发明人成立的创业公司AutonomUS最近获得了该设备的知识产权选择权。AutonomUS正在积极寻找投资者和战略合作伙伴。

“我们看到了AI-GUIDE平台技术在整个卫生保健系统中变得无处不在，”Johnson说，“使具有广泛专业知识的用户能够在院前紧急干预和常规图像引导程序中进行更快、更准确的治疗。”

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