血管醫療大革命：磁性機器人

刊登在IEEE 的新科技介紹<用於血管內介入治療的可分離可重組磁性機器人>(Separable and Recombinable Magnetic Robot for Robotic Endovascular Intervention)指出，新科技一種可分離和可重組的磁性機器人 (SRMR)，用於安全有效地將不受束縛的磁性機器人 (UMR) 傳送和回收到目標血管病變，以進行機器人血管內介入治療。SRMR 包括輸送導管和通過連接部分連接到輸送導管末端的 UMR。外部磁場 (EMF) 與 UMR 的永磁體相互作用；它可以有效地產生磁力矩並引導輸送導管到達目標病灶。

文 / 司馬子長 綜合報導

報導又說，旋轉 EMF 允許 SRMR 的 UMR 與輸送導管分離並執行隧道任務。完成隧道任務後，UMR 可以通過同時向輸送導管施加 EMF 和抽吸力，安全地與脈管系統中的輸送導管重新組合。轉向、分離、運動、隧道、藥物輸送和重組的 SRMR 功能在具有假血塊的模擬血管模型中得到驗證。最後，SRMR 在小型豬股淺動脈的體內實驗中成功驗證了造影劑輸送、分離、移動和重組。

閉塞性血管病在現代社會變得普遍

由於人口老齡化和不健康的生活方式導致糖尿病和肥胖等代謝性疾病的發生，閉塞性血管病在現代社會變得普遍。微創的血管內介入治療是這些疾病最廣泛採用的醫學治療方法。然而，由於對設備（包括血管空間內的導管和電線）進行細緻的操作和操縱在傳統的血管內介入治療中必不可少，因此手術的成功在很大程度上取決於醫生的經驗和熟練程度。此外，在血管內手術過程中反復和長時間暴露於輻射會對介入醫生的健康構成重大威脅，最近，已經廣泛研究了可以通過外部磁場 (EMF) 遠程控制的磁驅動機器人介入設備，以解決當前血管內介入的局限性。磁力驅動的機器人設備可大致分為繫繩型和非繫繩型。

磁性機器人來挖掘閉塞血管可能會損傷血管

一些研究人員研究了繫留磁性機器人，因為它們可以在手術過程中隨時安全地從患者的血管中取出。繫留磁力機器人通常基於導絲或導管的結構，這使得它們的磁頭可以被操縱和由 EMF控制。施韋爾等人。提出了一種可以沿著曲線軌跡穿過組織的磁控針。然而，在某些情況下，在治療遠端彎曲血管時，繫留磁性機器人會受到來自彎曲血管的接觸力，從而導致系留裝置不受控製或斷裂。通過應用旋轉 EMF 旋轉系留磁性機器人來挖掘閉塞血管可能會導致設備的扭曲和振動。這可能會損傷血管的健康部分。

單獨使用 UMR 治療閉塞性血管疾病具有局限性

因此，最近對無繩磁力機器人 (UMR) 進行了積極的研究，因為它們具有緊湊的結構、複雜血管內的移動性和遠程自推進以及轉向等優點。然而，對 UMR 的研究主要集中在有限運動條件下的驅動或血管隧道性能，而沒有解釋如何到達目標病變。為了治療位於身體深處的遠端動脈的閉塞性血管疾病，將 UMR 插入淺表動脈以到達遠端動脈的閉塞性病變是無效的，因為 UMR 表現出相對較慢的速度和較低的推進力來規避快速血流的動脈。脈管系統中 UMR 的喪失可能危及患者的生命。因此，單獨使用繫留機器人或單獨使用 UMR 治療閉塞性血管疾病具有局限性。因此，Park 等人提出了一種集成機器人，將 UMR 與導管末端的永磁體製成的磁性組裝結構相結合。然而，根據機器人的排列方向，可能會產生意外方向的磁力，或者在運送到病灶期間外力可能會使其分離。導管內徑受磁鐵限制，無法有效輸送藥物，限制了實際應用。

發展可分離和可重組的磁性機器人

在此，科學家提出了一種可分離和可重組的磁性機器人 (SRMR)，其中 UMR 可以輸送到閉塞性血管病變，執行有效的隧道，並通過體外輸送導管回收。在擬議的 SRMR 中，UMR 以螺紋耦合結構連接到輸送導管的末端。進入血管後，EMF 在 UMR 中包含的磁鐵上產生磁力矩，以控制輸送導管。將 SRMR 傳送到病灶後，使用旋轉 EMF 和隧道將 UMR 分離到閉塞血管中。隨後，UMR 重新組合到輸送導管的尖端，以安全地從體內回收 SRMR。體外實驗研究了 SRMR 的重組能力根據血管直徑、旋轉頻率、磁力和吸力的變化模擬血管。隨後，在假血塊阻塞的體外假血管環境中進行了使用 SRMR 的介入過程，例如 SRMR 的轉向、隧道、藥物輸送、分離、移動和重組。最後，所提出的 SRMR在小型豬股動脈中 SRMR 的轉向、造影劑輸送、分離、移動和重組的體內實驗中得到驗證。