麻省理工学院的工程师开发了一个远程机器人系统，帮助外科医生远程治疗中风或动脉瘤患者。有了改良的操纵杆，外科医生可以控制另一家医院的机械臂给病人做手术。功劳:麻省理工学院的工程师开发了一种远程机器人系统，帮助外科医生快速远程治疗中风或动脉瘤患者。使用经过修改的操纵杆，一家医院的外科医生可以在另一个位置控制机器人手臂，在关键的时间窗内安全地为患者手术，从而挽救患者的生命并保留他们的大脑功能。该机器人系统的移动通过磁铁控制，旨在远程协助血管内介入治疗——这是一种在紧急情况下治疗由血栓引起的中风的程序。这种介入通常需要外科医生手动将一根细线引导到凝块上，在那里它可以物理地清除堵塞物或输送药物来打破它。
这种程序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到达的主要医疗机构，特别是在“黄金时间”——中风发作后的关键时期，在此期间应进行治疗以最大限度地减少对大脑的损伤。
麻省理工学院的团队设想，其机器人系统可以安装在较小的医院，并由较大的医疗中心的训练有素的外科医生远程指导。该系统包括一个医疗级机器人手臂，其手腕上附有磁铁。通过操纵杆和实时成像，操作者可以调整磁体的方向，并操纵手臂来引导软而细的磁线穿过动脉和血管。
研究人员在“幻影”中演示了该系统，这是一个透明的模型，其中的血管复制了大脑的复杂动脉。只需一个小时的训练，神经外科医生就能够远程控制机器人的手臂，引导一根电线穿过血管迷宫，到达模型中的目标位置。
“我们设想，不用把病人从农村地区运送到大城市，他们可以去当地的医院，那里的护士可以建立这个系统。大型医疗中心的神经外科医生可以观看病人的实时影像，并在黄金时间使用机器人进行手术。这是我们未来的梦想，”麻省理工学院机械工程、土木工程和环境工程教授赵宣和说。
赵和他的团队今天在《科学机器人》杂志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以及飞利浦北美研究院的Marcin Balicki。
倾斜和扭曲
血管内手术是一种专门的微创手术，它包括小心地扭转和引导一根细医用线穿过人体的动脉和血管到达目标位置，同时避免损伤血管壁。这种手术通常需要外科医生多年的训练才能掌握。
机器人系统正在被探索作为血管内手术的辅助技术。这些系统主要涉及电机驱动，在通过身体的脉管系统扭转导线的同时推进和缩回导线。
麻省理工学院团队设想其机器人系统可以安装在较小的医院，并由较大医疗中心受过训练的外科医生远程指导。来源:麻省理工学院“但是让一个机器人像外科医生一样复杂是一个挑战，”金指出。"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，在该工作中，他们演示了通过真人大小的大脑血管硅胶模型操纵磁控线。他们当时使用的是一个手持磁铁，大约有一个汤罐大小，由他们手动操作。
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来控制机械臂。通过倾斜操纵杆，研究人员可以沿着磁线可以跟随的方向倾斜磁铁。鼠标上的按钮控制一组电动线性驱动器，这些驱动器推进和收回导线，使其前后移动。
这种导丝像传统的神经血管导丝一样细而柔韧，具有柔软的磁响应尖端，可跟随磁场方向弯曲。
寻找一条路
该团队在MGH导管实验室测试了机器人系统，这是一个配有血管内手术中使用的标准医疗成像设备的手术室。研究人员在实验室安装了机械臂，以及一个真人大小的血管硅胶模型。他们在一个控制室里设置了操纵杆，以及一个显示模型实况视频的监视器。在那里，一名操作员一边观看视频，一边使用操纵杆远程操纵电线穿过血管。
该团队训练一组神经外科医生使用机器人系统。经过短短一个小时的培训，每位外科医生都能够成功操作该系统，引导导丝穿过复杂的血管，而这些血管用手动导丝很难导航。
该团队还使用机器人系统清除模型中难以到达区域的模拟血凝块。他们操纵导丝穿过血管，绕过急转弯，到达研究人员模拟血凝块的区域。一旦他们将导线引导至凝块，外科医生就用标准的血管内方法将微导管沿导线穿入凝块部位。他们收回导线，留下导管，然后用导管成功取出血块。
“磁性导丝的主要目的是快速安全地到达目标位置，以便像微导管这样的标准设备可以用于提供治疗，”Kim说。“我们的系统就像一个探路者。”
他希望遥控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的好处，他们通常在与病人相同的房间里进行这种血管手术，同时暴露在X射线成像的辐射下。
“神经外科医生可以在另一个房间甚至另一个城市操作机器人，而无需重复暴露在X射线下，”赵说。“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。”
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