麻省理工：机器人协助外科医生远程执行血管腔内手术

麻省理工：机器人协助外科医生远程执行血管腔内手术

该系统可以在中风开始后的关键时间窗口内为患者提供远程操作的血管腔内治疗。

麻省理工学院的工程师开发了一种远程机器人系统，以帮助外科医生远程治疗中风或动脉瘤患者。通过改良后的操纵杆，外科医生可以控制另一家医院的机械臂对患者进行手术。

远程机器人系统

麻省理工学院团队设想其机器人系统可以安装在小型医院，并由大型医疗中心的训练有素的外科医生进行远程指导。

麻省理工学院的工程师开发了一种远程机器人系统，以帮助外科医生快速远程治疗中风或动脉瘤患者。通过改良后的操纵杆，一家医院的外科医生可以在另一个位置控制机械臂，以便在可以挽救患者生命并保护其大脑功能的关键时间窗口内安全地对患者进行手术。

该机器人系统的运动由磁铁控制，旨在远程协助血管腔内介入治疗——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。这种干预通常需要外科医生手工将细导丝引导到血栓，在那里它可以物理清除阻塞或输送药物以将其分解。

此类手术的一个限制是可及性：神经血管外科医生通常位于偏远地区的患者难以接触到的主要医疗机构，特别是在“黄金时段”——中风发作后的关键时期，在此期间应进行治疗以尽量减少对大脑的任何伤害。

麻省理工学院团队设想其机器人系统可以安装在小型医院，并由大型医疗中心的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，其腕部附有一块磁铁。使用操纵杆和实时成像，操作者可以调整磁铁的方向并操纵手臂以引导软而细的磁性导丝穿过动脉和血管。

研究人员在“幻影”中展示了该系统，这是一种透明模型，血管复制大脑的复杂动脉。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，引导一根导丝穿过迷宫般的血管，到达模型中的目标位置。

麻省理工学院机械工程和土木与环境工程教授赵宣和（Xuanhe Zhao，音译）指出：我们想象，与其将病人从农村地区运送到大城市，他们可以去当地医院，护士可以在那里建立这个系统。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，并在黄金时段使用机器人进行手术。这是我们未来的梦想。

赵和他的团队近期在《科学 · 机器人》 （Science Robotics）上发表了他们的发现。麻省理工学院的合著者包括主要作者 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，以及飞利浦北米研究中心的 Marcin Balicki 。

血管腔内手术是一种专业的微创手术，包括小心地扭转和引导细医疗导丝穿过身体的动脉或血管腔到达目标位置，并进行相关治疗操作，并且要避免损坏血管壁。该手术通常需要外科医生多年的培训才能掌握。目前在医院中进行血管腔内术的医生可能会来自神经内外科医生、血管外科医生、放射介入科医生等。

正在探索机器人系统作为血管腔内手术的辅助技术。这些系统主要涉及电机驱动器，该电机驱动器在通过人体脉管系统扭转导丝的同时推进和退回导丝。

研究者指出：但要让机器人具有与外科医生相同的老练程度，是一项挑战。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导丝。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性导丝可以跟随的方向。鼠标上的按钮控制一组电动线性驱动器，它们可以推进和退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，该尖端跟随并沿磁场方向弯曲。

该团队在 MGH 的导管实验室测试了机器人系统——这是一个手术室，配备了用于血管腔内手术的标准医学成像设备。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。从那里，操作者一边观看视频，一边使用操纵杆远程操纵导丝穿行于血管腔内。

该团队训练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导航的复杂血管。

该团队还使用机器人系统清除模型中难以触及区域的模拟血凝块。他们引导导丝穿过血管腔，绕过尖角和转弯，到达研究人员模拟的血凝块的区域。一旦他们将导丝引导至血凝块，外科医生就会采用标准的血管腔内技术将微导管沿导丝穿入血凝块部位。他们退回导丝，留下了导管，然后他们利用导管技术成功去除血栓。

研究人员指出：磁导丝的主要目的是快速、安全地到达目标位置，以便可以使用微导管等标准器材进行治疗。我们的系统就像一个探路者。

团队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。这个系统对于外科医生也有好处，以往他们通常与患者在同一个房间内进行此类血管腔内手术，同时暴露在 X 射线成像的辐射下。

研究者指出：神经血管外科医生可以在另一个房间甚至另一个城市操作机器人，而无需反复暴露在 X 射线下。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。

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