研究提出面向血管介入手術的磁控導絲機器人

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8月31日，中國科學院深圳先進技術研究院集成所智能仿生中心團隊和深圳大學附屬華南醫院神經外科團隊合作，在磁驅動連續體微型機器人領域取得新進展。最新研究成果發表于《先進智能系統》。

團隊提出了一種具有磁驅動主動轉向和自主推進能力的磁性介入導絲機器人系統。通過該系統，醫生能遠程操控磁性導絲在復雜的血管分叉處快速選擇正確路徑并到達目標部位，有效減少醫生的輻射暴露。該研究提出的磁性導絲的建模方法與軌跡規劃方法，為磁性導絲的自動控制奠定基礎。

磁驅動介入導絲機器人在遠程神經介入手術的應用 研究團隊供圖

血管介入手術是在醫學影像設備的導引下，利用導絲、導管等器械經血管途徑診療的操作技術。而神經介入手術是治療各種腦血管疾病的重要手段，對醫生經驗要求很高。由于偏遠地區的介入醫療資源緊缺，醫生需要在造影下觀察導絲位置，長期累積的輻射會有損健康。

對此，團隊提出一種具有磁驅動主動轉向和自主推進能力的磁性介入導絲機器人系統，可以協助醫生遠程操控，或替代醫生自動化控制，能有效減少醫生的輻射暴露和支援偏遠地區。團隊在導絲的尖端連接一段磁性水凝膠材料，使醫用介入導絲具有磁響應，可在外部磁場的驅動下靈活轉向，并通過影像系統反饋位置。此外，團隊結合偶極子模型和Cosserat-rod模型，建立了連續體力學模型預測導絲尖端的變形，并開發了軌跡規劃算法，根據血管的路徑推斷外部驅動磁鐵的位置軌跡和推進器速度實現自主控制。 

通過磁場表征和轉向表征實驗，該研究證實提出的模型可以預測并重建導絲尖端的非線性變形。團隊實現了介入導絲的自主控制，根據已知的血管路徑，通過磁場控制導絲在血管模型內從穿刺點經過四條不同的路徑分別到達大腦中動脈的四個目標位置，到達時間均小于2分鐘。此外，團隊也實現了介入導絲的遠程控制。介入醫生在操作間外，在DSA影像的實時引導下遠程控制磁性導絲，通過血管模型的右側內頸動脈到達目標位置，用時大約為2分鐘。

據了解，未來，科研團隊將繼續研究磁控導絲機器人系統的智能控制，幫助醫生更高效、安全地完成介入手術。