通过深沉的血管网络成功地指导器械

 
蒙特利尔理工大学纳米机器人实验室的Sylvain Martel教授领导的团队开发了一种新颖的方法来应对血管内手术的最大挑战之一：如何到达最难以接近的生理位置。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器械穿过更深，更复杂的血管结构。该方法已在体内成功证明。图片来源：蒙特利尔理工大学纳米机器人实验室的Massouh bioMEDia蒙特利尔理工大学纳米机器人实验室的Sylvain Martel教授领导的团队已经开发出一种新颖的方法来应对血管内手术的最大挑战之一：如何达到最难以接近的生理学位置。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器械穿过更深，更复杂的血管结构。该方法已在体内成功地证明，并且是《科学机器人》上刚刚发表的一篇文章的主题。
当研究人员“跳脱思维”时
想象一下，必须将一根像人类头发一样细的电线推入一个又长又很窄的，充满曲折的管子中，越来越深。金属丝缺乏刚性，加上施加在管壁上的摩擦力，最终将使操纵成为不可能，金属丝最终会折叠起来并卡在管的转弯处。这正是外科医师所面临的挑战，他们试图通过狭窄而曲折的血管网络操纵导丝或其他器械(例如导管)来在人体的更深处执行微创手术。
但是，可以利用方向性拉力来补充推力，以抵消血管内部的摩擦力并使器械移动得更远。装置的尖端被磁化，并通过另一个磁体的吸引力沿容器内部拉动。只有患者体外强大的超导磁体才能提供所需的额外吸引力，以使磁化设备尽可能地转向。有一种现代的医院设备可以发挥这种作用：MRI扫描仪，它具有超导磁体，其产生的磁场比地球强几万倍。
但是，MRI扫描仪的隧道内部的磁场是均匀的。这是执行患者成像的关键。这种均匀性带来了一个问题：要使器械的尖端穿过迷宫式血管结构，必须将引导磁场调制到最大可能的振幅，然后尽快减小。
考虑到这个问题，Martel教授的想法不是利用MRI机器隧道内部的主要磁场，而是利用机器外部的所谓边缘场。他解释说：“ MRI扫描仪的制造商通常会将边缘场减小到最小。” “结果是一个非常高的振幅场，衰减非常迅速。对于我们来说，该边缘场代表了一种出色的解决方案，它远远优于现有的最佳磁导方法，并且处于有利于人类规模的外围空间中据我们所知，这是MRI边缘场首次用于医疗应用。”他补充说。
移动患者而不是现场
为了将器械引导至血管深处，不仅需要强大的吸引力，而且还必须定向该力以沿血管内的各个方向拉动器械的磁性尖端。由于MRI扫描仪的大小和重量，无法移动它来改变磁场的方向。为了解决该问题，将患者转移到MRI机器附近。 Martel教授团队开发的平台使用了位于扫描仪边缘区域内的机械手桌。
该表由文章的主要作者，生物医学工程博士学位的阿拉什·阿齐兹(Arash Azizi)设计。候选人的论文顾问是Martel教授-可以沿所有轴移动，以根据仪器在人体中的引导方向来定位和定向患者。借助自动映射MRI扫描仪磁场方向力的系统，该工作台会自动改变方向和方向，以在仪器行程的连续阶段中最佳地定位患者。该技术被Martel教授称为“边缘场导航(FFN)”。
使用X射线成像对FFN进行的一项体内研究表明，该系统具有对复杂血管结构深处的极小直径器械进行有效且微创操纵的能力，而这些器械迄今仍无法使用已知方法进行操作。
机器人抢救外科医生
这种机器人解决方案的性能大大优于手动程序以及现有的基于磁场的平台，可以在非常深的人体区域(因此目前无法接近)进行血管内介入手术。
该方法有望拓宽应用各种医疗程序的可能性，包括诊断，成像和局部治疗。 除其他事项外，它可以协助外科医生进行需要尽可能微创的方法，包括治疗脑部损伤(如动脉瘤或中风)。