MIT研发血管介入手术机器人 远程治疗中风

MIT麻省理工学院的工程师们开发了一套磁控远程神经血管介入手术机器人系统，用于帮助外科医生快速远程治疗中风或动脉瘤患者。通过改装的操纵杆，外科医生可以控制另一个位置的机械臂，以便在关键的窗口时间安全地对患者进行手术，从而挽救患者的生命，并保护他们的大脑功能。

图源：MIT

该机器人系统的运动由磁铁控制，旨在远程协助血管内介入治疗——这是一种在紧急情况下进行的治疗血栓引起的中风的手术。这种手术通常需要外科医生手动将导丝引导到凝块，物理清除阻塞或输送药物将其分解。

这类手术的局限是可及性：神经血管外科医生通常在偏远地区的患者难以接触到的主要医疗机构，特别是在“黄金时间”——中风发作后的关键时期，患者应该尽快进行治疗，以尽量减少对大脑的伤害。

MIT团队设想其机器人系统可以安装在小型医院，并由大型医疗中心训练有素的外科医生进行远程指导。该系统包括一个医疗级机械臂，其手腕上附有一块磁铁。使用操纵杆和实时成像，操作员可以调整磁铁的方向并操纵手臂以引导软而细的磁导丝穿过动脉和血管。

研究人员在“幻影”（一种透明的、模拟大脑内复杂动脉的血管模型）中展示了该系统。只需一个小时的培训，神经外科医生就能够远程控制机器人的手臂，引导导丝穿过迷宫般的血管，到达模型中的目标位置。

“想象一下，与其将病人从偏远地区运送到大城市，他们可以去当地医院，护士可以在那里建立这套系统。一家大型医疗中心的神经外科医生可以观看患者的实时成像，并在黄金时间使用机器人进行手术。这是我们未来的梦想，”MIT机械工程和土木与环境工程教授赵选贺说。

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2022年4月13日，赵教授和他的团队在Science Robotics上发表了他们的发现。文章合著者包括主要作者、来自MIT的Yoonho Kim、Emily Genevriere 和 Jaehun Choe，以及马萨诸塞州总医院MGH的 Pablo Harker、Robert Regenhardt、Justin Vranic、Adam Dmytriw 和 Aman Patel，以及飞利浦北美研究中心的 Marcin Balicki。

磁控操作是如何实现的？

血管内手术是一种专门的微创手术，需要小心地将导丝扭转并引导穿过身体的动脉和血管到达目标位置，以避免损坏血管壁。通常外科医生需要多年的培训才能掌握该手术。业内正在探索机器人系统作为血管内手术的辅助技术。这些系统主要涉及电机驱动器，驱动器在通过人体脉管系统扭转导线的同时推进和缩回导线。

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Kim指出：“拥有与 [外科医生]相同水平的机器人操作是具有挑战性的。我们的系统基于一种完全不同的机制。”

该团队的新系统建立在2019年的工作基础上，他们展示了通过真人大小的大脑血管硅胶模型操纵磁控线。当时，他们使用了一个汤罐大小的手持磁铁，手动操作。

此后，他们将磁铁固定在医疗级机械臂的末端，可以使用鼠标上的小型操纵杆旋钮进行操纵。通过倾斜操纵杆，研究人员可以将磁铁倾斜到磁线可以跟随的方向。鼠标上的按钮控制一组电动线性驱动器，它们可以推进和缩回导丝以使其前后移动。

该导丝与传统的神经血管导丝一样细而柔韧，具有柔软的磁性响应尖端，尖端跟随并沿磁场方向弯曲。

寻找路径

团队在MGH导管实验室（配备了用于血管内手术的标准医学成像设备的手术室）测试了该机器人系统。研究人员在实验室中安装了机械臂，以及真人大小的硅胶血管模型。他们将操纵杆以及显示模型实时视频的监视器放在控制室中，操作员一边观看视频，一边使用操纵杆远程操纵导丝穿过血管。

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该团队培训了一组神经外科医生使用机器人系统。经过一小时的培训，每位外科医生都能够成功地操作该系统，将导丝引导通过手动导丝难以引导的复杂血管。团队还使用机器人系统清除模型中难以触及区域的模拟凝块。他们引导导丝穿过血管，绕过尖角和转弯，到达研究人员模拟凝块的区域。一旦他们将导丝引导至凝块，外科医生就会采用标准的血管内方法将微导管沿导丝穿入凝块部位：缩回导线，留下导管，然后使用导管成功去除凝块。

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Kim说：“磁导丝的主要目的是快速、安全地到达目标位置，从而可以使用微导管等标准设备进行治疗。我们的系统就像一个探路者。”他希望远程操作系统可以帮助更多的患者接受时间紧迫的治疗。他还看到了外科医生无需反复暴露在X射线下的好处。赵教授总结道：“鉴于中风是导致死亡和长期残疾的主要原因之一，我们对这项技术对全球健康的潜在影响感到非常兴奋。”

这项研究得到了美国国家科学基金会、美国国立卫生研究院和北美菲利普斯研究所的部分支持。

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