这个用磁力控制的机器人,可以穿行于细小的脑血管中

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08-30 17:42

如果急性中风能在发生后 90 分钟左右时间里进行治疗,病人的存活率会显著提高。

MIT 副教授 Xuanhe Zhao 说道

在传统的血管介入手术里,外科医生需要经过非常严格的训练,将一根细小的导丝穿入病人的主动脉中,并在 X 光透视的帮助下,手动控制导丝的行动方向。

▲ 图片来自 UCSF

这种手术一方面来说,对外科医生的精神和体力均消耗巨大,另一方也将手术中的医生暴露在透视的辐射下。更重要的是,该手术难度之高,从病人医生比例来看,目前根本没有足够可操作的医生。

现在,Xuanhe Zhao 和团队设计了一款柔性机器人,不仅小得可以通行于大脑血管中,同时还有潜力减低通脑血管堵塞手术的困难度。

在传统手术中,导管外层会包裹着一层聚合物。据团队介绍,这样的物质会产生摩擦,在操作时可能会损害血管内部。而 MIT 的机器人外层则应用了一种大部分由水组成的水凝胶,包裹着 3D 打印的磁性材料。

这种水凝胶涂层在移动过程中不会伤及血管内部,也不会影响所包裹材料的磁性特质。

团队根据真实病人的脑部血管建模制造了一套硅胶复制品,在其中注满了红色的透明液体,以此测试机器人在血管内的工作效率。结果表明,带有水凝胶涂层的机器人比没有用涂层的机器人移动得更快和顺畅。这种更好的工具,也能减低手术难度。

▲(左)带水凝胶涂层(右)不带水凝胶涂层

在水凝胶中,是一种带有磁性的镍钛合金内核,使得这款机器人无须医生直接触碰本身来控制前进导向,而是通过磁力的方式「隔空」操作。这种特别的金属由一种融聚着微小磁性粒子打印墨水组成,并通过 3D 打印成型。

▲ 其中带有微小磁性粒子的墨水

这种结构主要通过磁场来控制,动的时候就像是背后有隐形的木偶师在提线操控一般。在演示视频中,我们能看到研究团队用磁石「穿针引线」般准确地引导着机器人穿行于多个圆环之间。

这类手术其中一个最大的挑战是无法在复杂的大脑血管中指引穿行,这些血管都非常小,一般商用的导管都无法触及。而现在这个研究则展示了我们可以突破这个难题的潜力,甚至可在不开腔的情况下进行手术。

Kyujin Cho 说道,他是首尔国立大学机械工程系教授。

这种「隔空」的操作方式,意味着未来团队有潜力可将原本必须让外科医生站在病人身旁才能进行的清血管类手术转变成为可远程操作的手术,避免了透视的辐射影响。

更重要的是,「隔空手术」的可能性或许还意味着在未来,医生可在另一个城市,用控制杆来操作手术,这也能解决医生资源不均的问题。目前,该机器人仍未能用于实际手术。

题图和内文未标注来源图片均来自 MIT

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