中風(fēng)后，能能迅速把堵住的血管疏通，會(huì)非常有利于后續(xù)治療，這個(gè)機(jī)器人或許是緊急治療的好方法！
麻省理工學(xué)院的工程師開發(fā)了一種磁性可操縱的螺紋狀機(jī)器人，可以主動(dòng)滑行通過狹窄的蜿蜒路徑（例如大腦的labrynthine脈管系統(tǒng)）。
在未來，這種機(jī)器人線程可以與現(xiàn)有的血管內(nèi)技術(shù)配對(duì)，使醫(yī)生能夠遠(yuǎn)程引導(dǎo)機(jī)器人通過患者的腦血管，以快速治療例如動(dòng)脈瘤和中風(fēng)中發(fā)生的阻塞和病變等疾病。
“中風(fēng)是導(dǎo)致死亡的五大原因，也是美國(guó)殘疾的主要原因。如果急性卒中可以在前90分鐘左右治療，患者的生存率可能會(huì)顯著增加，”麻省理工學(xué)院的機(jī)械工程和土木與環(huán)境工程的趙玄和副教授表示。“如果我們能夠在這個(gè)'黃金時(shí)段'設(shè)計(jì)一種能夠逆轉(zhuǎn)血管阻塞的裝置，我們就有可能避免永久性腦損傷，這是我們的初衷。”
趙和他的團(tuán)隊(duì)，包括主要作者Yoonho Kim，麻省理工學(xué)院機(jī)械工程系的研究生，在“ Science Robotics ”雜志上描述了他們的軟機(jī)器人設(shè)計(jì)。該論文的其他合著者是麻省理工學(xué)院的德國(guó)研究生Alberto Parada和交換（訪問）生劉圣多。
具有潤(rùn)滑水凝膠皮膚的磁性軟連續(xù)體機(jī)器人的視頻導(dǎo)航腦血管系統(tǒng)的3D模型：
(圖片來源：Kim et al., Sci. Robot. 4, eaax7329 (2019))
為了清除大腦中的血凝塊，醫(yī)生經(jīng)常進(jìn)行血管內(nèi)手術(shù)，這是一種微創(chuàng)手術(shù)，其中外科醫(yī)生通過患者的主動(dòng)脈（通常在腿或腹股溝）插入細(xì)線。在使用X射線同時(shí)對(duì)血管成像的熒光鏡的指導(dǎo)下，外科醫(yī)生隨后手動(dòng)將導(dǎo)線旋轉(zhuǎn)到受損的腦血管中，然后可以沿著導(dǎo)線將導(dǎo)管穿過，以將藥物或凝塊取出裝置輸送到受影響的區(qū)域。
Kim說，這個(gè)程序可能會(huì)造成身體上的負(fù)擔(dān)，要求必須接受專門培訓(xùn)的外科醫(yī)生，同時(shí)患者要忍受透視檢查（ct）的反復(fù)輻射照射。“這是一項(xiàng)要求很高的技能，而且根本沒有足夠的外科醫(yī)生為患者服務(wù)，特別是在郊區(qū)或農(nóng)村地區(qū)，”Kim說。
同時(shí)原先在這種醫(yī)療程序中使用的醫(yī)療導(dǎo)絲（The medical guidewires）是被動(dòng)的，這意味著它們必須手動(dòng)操作，并且通常由金屬合金芯制成，涂有聚合物，Kim說，如果導(dǎo)絲線是暫時(shí)陷入一個(gè)特別狹小的空間，這種材料可能會(huì)產(chǎn)生摩擦并損壞容器襯里。
不過該團(tuán)隊(duì)意識(shí)到他們實(shí)驗(yàn)室的發(fā)展可以幫助改善這種血管內(nèi)手術(shù)，包括導(dǎo)絲設(shè)計(jì)和減少醫(yī)生接觸任何相關(guān)輻射。在過去幾年中，該團(tuán)隊(duì)已經(jīng)建立了水凝膠生物相容性材料的專業(yè)知識(shí) - 生物相容性材料主要由水和3D打印的磁力驅(qū)動(dòng)材料制成，可以設(shè)計(jì)成爬行，跳躍，甚至接球，簡(jiǎn)單地通過跟隨磁鐵的方向。
在這篇新論文中，研究人員將他們?cè)谒z和磁力驅(qū)動(dòng)方面的工作結(jié)合起來，生產(chǎn)出一種磁性可操縱的水凝膠涂層機(jī)器人螺紋或?qū)Ыz。它們能夠做得足夠薄，從而能以磁性引導(dǎo)通過真人大小的硅膠復(fù)制品大腦的血管。
而機(jī)器人螺紋的核心是由鎳鈦合金或“鎳鈦醇”制成的，鎳鈦合金是一種既柔韌又有彈性的材料。有點(diǎn)像與衣架在彎曲時(shí)保持形狀但又不同的是，鎳鈦諾金屬絲會(huì)恢復(fù)原來的形狀，使其在纏繞穿過狹窄、彎曲的血管時(shí)更具靈活性。研究小組用橡膠膏或墨水將金屬絲芯包裹起來，并將其嵌入磁性粒子中。
最后，他們使用了他們之前開發(fā)成熟的化學(xué)工藝，用磁性涂層涂覆和粘合磁性覆蓋物 - 這種材料不會(huì)影響下面的磁性顆粒的響應(yīng)性，同時(shí)為導(dǎo)線提供光滑，無摩擦，生物相容的表面。
他們展示了機(jī)器人線程的精確度和激活，通過使用一個(gè)大磁鐵，就像木偶的弦，使線穿過一個(gè)小環(huán)的障礙路線，讓人聯(lián)想到穿過針眼的線程。研究人員還測(cè)試了大腦主要血管的真人大小的硅膠復(fù)制品中的線，包括凝塊和動(dòng)脈瘤，模擬了實(shí)際患者大腦的CT掃描。研究小組在硅膠容器中加入模擬血液粘度的液體，然后手動(dòng)操作模型周圍的大磁鐵，使機(jī)器人通過血管纏繞的窄路徑。
Kim說，機(jī)器人線程可以被功能化，這意味著可以添加功能，例如提供減少凝塊的藥物或用激光打破阻塞。為了演示后者，該團(tuán)隊(duì)用光纖替換了線程的鎳鈦合金核心，發(fā)現(xiàn)一旦機(jī)器人到達(dá)目標(biāo)區(qū)域，它們就可以磁性操縱機(jī)器人并激活激光器。
當(dāng)研究人員對(duì)機(jī)器人線涂層與未涂層水凝膠進(jìn)行比較時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)水凝膠使螺紋具有急需的光滑優(yōu)勢(shì)，使其能夠在更緊湊的空間內(nèi)滑行而不會(huì)卡住。在血管內(nèi)手術(shù)中，當(dāng)螺紋通過時(shí)，這種特性對(duì)于防止血管襯里的摩擦和損傷是關(guān)鍵。
(圖片來源：Kim等，Sci. Robot. 4, eaax7329 (2019))
這個(gè)新的機(jī)器人線程如何讓外科醫(yī)生無輻射？Kim說，磁導(dǎo)導(dǎo)線不需要外科醫(yī)生將電線穿過患者的血管。這意味著醫(yī)生也不必非?？拷颊撸匾氖?，也不用接觸輻射產(chǎn)生熒光鏡。
在不久的將來，他設(shè)想結(jié)合現(xiàn)有磁性技術(shù)的血管內(nèi)手術(shù)，例如成對(duì)的大磁鐵，醫(yī)生可以從手術(shù)室外操作的方向，遠(yuǎn)離熒光鏡成像患者的大腦，甚至是完整的不同的位置。
“現(xiàn)有平臺(tái)可以施加磁場(chǎng)并同時(shí)對(duì)患者進(jìn)行透視檢查，醫(yī)生可以在另一個(gè)房間，甚至在不同的城市，用操縱桿控制磁場(chǎng)，”Kim說。“我們希望利用現(xiàn)有技術(shù)在下一步測(cè)試我們的體內(nèi)機(jī)器人線程。”
中風(fēng)是人類第五大致命性疾病，在急性中風(fēng)發(fā)病90分鐘內(nèi)進(jìn)行救治可顯著提高存活率，這種機(jī)器人有望在“黃金時(shí)間”內(nèi)逆轉(zhuǎn)腦血管堵塞，避免造成永久性腦損傷，目前據(jù)稱其研究成果有希望能迅速在醫(yī)療領(lǐng)域應(yīng)用。
