該系統(tǒng)可以在中風(fēng)開始后的關(guān)鍵時間窗口內(nèi)為患者提供遠程操作的血管內(nèi)治療。

麻省理工學(xué)院的工程師開發(fā)了一種遠程機器人系統(tǒng)，以幫助外科醫(yī)生快速遠程治療中風(fēng)或動脈瘤患者。通過修改后的操縱桿，一家醫(yī)院的外科醫(yī)生可以在另一個位置控制機械臂，以便在可以挽救患者生命并保護其大腦功能的關(guān)鍵時間窗口內(nèi)安全地對患者進行手術(shù)。

該機器人系統(tǒng)的運動由磁鐵控制，旨在遠程協(xié)助血管內(nèi)介入治療——這是一種在緊急情況下進行的治療血栓引起的中風(fēng)的手術(shù)。這種干預(yù)通常需要外科醫(yī)生手動將細(xì)線引導(dǎo)至腫塊，在那里它可以物理清除阻塞或輸送藥物以將其分解。

說明：麻省理工學(xué)院的工程師開發(fā)了一種遠程機器人系統(tǒng)，以幫助外科醫(yī)生遠程治療中風(fēng)或動脈瘤患者。通過修改后的操縱桿，外科醫(yī)生可以控制另一家醫(yī)院的機械臂對患者進行手術(shù)。研究人員/麻省理工學(xué)院的插圖

此類程序的一個限制是可及性：神經(jīng)血管外科醫(yī)生通常駐扎在偏遠地區(qū)的患者難以接觸到的主要醫(yī)療機構(gòu)，特別是在“黃金時段”——中風(fēng)發(fā)作后的關(guān)鍵時期，在此期間應(yīng)該進行治療以盡量減少對大腦的任何傷害。

麻省理工學(xué)院團隊設(shè)想其機器人系統(tǒng)可以安裝在小型醫(yī)院，并由大型醫(yī)療中心的訓(xùn)練有素的外科醫(yī)生進行遠程指導(dǎo)。該系統(tǒng)包括一個醫(yī)療級機械臂，它通過磁鐵連接到其手腕上。使用操縱桿和實時成像，操作員可以調(diào)整磁鐵的方向并操縱手臂以引導(dǎo)柔軟的細(xì)磁線穿過動脈和血管。

研究人員在“幻影”中展示了該系統(tǒng)，這是一種透明模型，血管復(fù)制大腦的復(fù)雜動脈。只需一個小時的培訓(xùn)，神經(jīng)外科醫(yī)生就可以遠程控制機器人的手臂，引導(dǎo)電線穿過迷宮般的血管，到達模型中的目標(biāo)位置。

“我們想象，與其將病人從農(nóng)村地區(qū)運送到大城市，他們可以去當(dāng)?shù)蒯t(yī)院，護士可以在那里建立這個系統(tǒng)。一家大型醫(yī)療中心的神經(jīng)外科醫(yī)生可以觀看患者的實時成像，并在黃金時段使用機器人進行手術(shù)。這是我們未來的夢想，”麻省理工學(xué)院機械工程教授、土木與環(huán)境工程師趙宣和說。

趙和他的團隊 在 《科學(xué)機器人》上發(fā)表了他們的發(fā)現(xiàn)。麻省理工學(xué)院的合著者包括主要作者 Yoonho Kim、Emily Genevriere 和 Jaehun Choe、Pablo Harker、Robert Regenhardt、Justin Vranic、Adam Dmytriw 和馬薩諸塞州總醫(yī)院 (MGH) 的 Aman Patel，以及飛利浦北美研究中心的 Marcin Balicki。

傾斜和扭轉(zhuǎn)

血管內(nèi)手術(shù)是一種專門的微創(chuàng)手術(shù)，需要小心地扭轉(zhuǎn)和引導(dǎo)細(xì)醫(yī)療線穿過身體的動脈和血管到達目標(biāo)位置，以避免損壞血管壁。該程序通常需要外科醫(yī)生多年的培訓(xùn)才能掌握。

正在探索機器人系統(tǒng)作為血管內(nèi)手術(shù)的輔助技術(shù)。這些系統(tǒng)主要涉及電機驅(qū)動器，該電機驅(qū)動器在通過人體脈管系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)導(dǎo)線的同時推進和縮回導(dǎo)線。

“但是，讓機器人扭曲 [作為外科醫(yī)生] 具有相同的復(fù)雜性是具有挑戰(zhàn)性的，”Kim 指出。“我們的系統(tǒng)基于一種根本不同的機制。”

該團隊的新系統(tǒng)建立在 2019 年的工作基礎(chǔ)上，他們展示了通過真人大小的大腦血管硅膠模型操縱磁控線。當(dāng)時，他們使用了一個湯罐大小的手持磁鐵，他們手動操作。

此后，他們將磁鐵固定在醫(yī)療級機械臂的末端，可以使用鼠標(biāo)上的小操縱桿旋鈕進行操縱。研究人員可以通過傾斜操縱桿將磁鐵傾斜到磁線可以跟隨的方向。鼠標(biāo)上的按鈕控制一組電動線性驅(qū)動器，它們可以推進和縮回電線以使其前后移動。

該導(dǎo)線與傳統(tǒng)的神經(jīng)血管導(dǎo)絲一樣細(xì)而柔韌，具有柔軟的磁性響應(yīng)尖端，該尖端跟隨并沿磁場方向彎曲。

尋找路徑

該團隊在 MGH 的導(dǎo)管實驗室測試了機器人系統(tǒng)——這是一個手術(shù)室，配備了用于血管內(nèi)手術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)醫(yī)學(xué)成像設(shè)備。研究人員在實驗室中安裝了機械臂和真人大小的硅膠血管模型。他們設(shè)置了操縱桿和顯示器，在控制室中顯示模型的實時視頻。一名操作員一邊觀看視頻，一邊使用操縱桿遠程操縱電線穿過船只。

該團隊訓(xùn)練了一組神經(jīng)外科醫(yī)生使用機器人系統(tǒng)。經(jīng)過一小時的培訓(xùn)，每位外科醫(yī)生都成功地操作了該設(shè)計，以引導(dǎo)導(dǎo)線穿過難以用手動導(dǎo)絲導(dǎo)航的復(fù)雜血管。

該團隊還使用機器人系統(tǒng)清除模型中難以觸及區(qū)域的模擬凝塊。他們引導(dǎo)導(dǎo)絲穿過血管并繞過尖角，然后轉(zhuǎn)向研究人員模擬凝塊的區(qū)域。一旦他們將導(dǎo)絲引導(dǎo)至凝塊，外科醫(yī)生就會采用標(biāo)準(zhǔn)的血管內(nèi)方法將微導(dǎo)管沿導(dǎo)絲穿入凝塊部位。他們縮回了導(dǎo)線，留下了導(dǎo)管，他們用導(dǎo)管成功地去除了凝塊。

“磁導(dǎo)絲的主要目的是快速安全地到達目標(biāo)位置。像微導(dǎo)管這樣的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備可用于提供治療，”Kim 說。“我們的系統(tǒng)就像一個探路者。”

他希望遠程操作系統(tǒng)可以幫助更多的患者接受時間緊迫的治療。他還看到了外科醫(yī)生的好處，他們通常在與患者相同的房間內(nèi)進行此類血管手術(shù)，同時暴露在 X 射線成像的輻射下。

“神經(jīng)外科醫(yī)生可以在另一個房間甚至另一個城市操作機器人，而無需反復(fù)暴露在 X 射線下，”趙說。“鑒于中風(fēng)是導(dǎo)致死亡和長期殘疾的主要原因之一，我們對這項技術(shù)對全球健康的潛在影響感到非常興奮。”