蒙特利尔理工大学 蒙特利尔纳米机器人实验室的西尔万·马泰尔教授领导的团队开发了一种新方法来应对血管内手术最大的挑战之一:如何到达最难到达的生理位置
他们的解决方案是一个机器人平台，该平台利用临床磁共振成像(MRI)扫描仪的超导磁体产生的边缘场来引导医疗仪器穿过更深、更复杂的血管结构
该方法已在体内得到成功证明
荣誉:麻省理工学院蒙特利尔纳米机器人实验室生物媒体 蒙特利尔纳米机器人实验室的西尔万·马泰尔教授领导的团队开发了一种新方法来应对血管内手术最大的挑战之一:如何到达最难到达的生理位置
他们的解决方案是一个机器人平台，该平台利用临床磁共振成像(MRI)扫描仪的超导磁体产生的边缘场来引导医疗仪器穿过更深、更复杂的血管结构
这种方法已经在体内得到了成功的证明，并且是刚刚发表在《科学机器人学》上的一篇文章的主题
当一个研究者“跳出框框思考”——字面意思 想象一下，在一个非常长、非常窄、充满曲折的管子里，必须把一根细如人发的电线越推越深
金属丝缺乏刚性，加上施加在管壁上的摩擦力，最终会使操作变得不可能，金属丝最终会自身折叠并卡在管的一圈中
这正是外科医生面临的挑战，他们试图通过操纵导丝或其他仪器(如导管)穿过狭窄、弯曲的血管网络，在人体越来越深的部位进行微创手术
然而，有可能利用定向拉力来补充推力，对抗血管内的摩擦力并将器械移动得更远
该装置的尖端被磁化，并被另一个磁铁的吸引力拉着进入血管
只有病人体外强大的超导磁体才能提供额外的吸引力，尽可能地控制磁化装置
有一种现代医院设备可以发挥这种作用:核磁共振扫描仪，它有一个超导磁体，产生的磁场比地球的磁场强数万倍
然而，核磁共振扫描仪隧道内的磁场是均匀的；这是如何进行患者成像的关键
这种一致性带来了一个问题:要将仪器的尖端穿过错综复杂的血管结构，必须将引导磁场调制到最大可能的幅度，然后尽可能快地减小
考虑到这个问题，马泰尔教授想出了一个主意，不使用磁共振成像机器隧道内的主磁场，而是使用机器外的所谓边缘磁场
“核磁共振扫描仪的制造商通常会将边缘场降至最低，”他解释道
“结果是一个非常高振幅的场，衰减非常快
对我们来说，边缘磁场代表了一个优秀的解决方案，远远优于现有的最佳磁制导方法，而且它位于一个有利于人类规模干预的外围空间
据我们所知，这是磁共振成像边缘场首次用于医学应用，”他补充道
移动病人而不是场地 为了使仪器在血管内转向更深，不仅需要很强的吸引力，而且该力的方向必须使仪器的磁性尖端在血管内向各个方向拉动
由于核磁共振扫描仪的尺寸和重量，不可能移动它来改变磁场的方向
为了避开这个问题，病人被移到核磁共振成像机附近
由马泰尔教授的团队开发的这个平台使用了一个机器人工作台，它位于扫描仪旁边的边缘区域
这张桌子是由这篇文章的第一作者兼生物医学工程博士阿拉什·阿齐兹设计的
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论文导师是马泰尔教授的候选人可以在所有的轴上移动，根据仪器必须穿过病人身体的方向来定位和定向病人
该工作台自动改变方向和方位，以便在仪器的连续行程中为患者提供最佳定位，这要归功于一个绘制磁共振扫描仪磁场方向力的系统——这种技术被马泰尔教授称为边缘场导航(FFN)
对FFN进行的一项体内研究显示，该系统能够在复杂的血管结构中对直径极小的仪器进行高效、微创的操作，而这些血管结构目前还无法通过已知方法进行操作
机器人拯救外科医生 这种机器人解决方案大大优于手动手术和现有的基于磁场的平台，能够在人体非常深的、因此目前无法到达的区域进行血管内介入手术
该方法有望拓宽各种医疗程序的应用可能性，包括诊断、成像和局部治疗
除此之外，它还可以帮助外科医生进行需要尽可能少的侵入性方法的手术，包括治疗大脑损伤，如动脉瘤或中风
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