怎么在复杂的血管中做手术？《科学》子刊的这项研究有了个好“脑洞”

人体内的血管错综复杂，“九曲十八弯”。但如今，蒙特利尔理工大学纳米机器人实验室的Sylvain Martel教授领导的研究小组开发了一种新的方法来解决血管内手术的最大挑战之一：如何到达最难以到达的生理位置。

他们的解决方案是一个机器人平台，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仪器通过更深更复杂的血管结构。

这种方法已经成功地在体内进行了演示，并且刚刚发表在《科学》的机器人子刊《科学机器人》(Science Robotics)杂志上。

想象一下，你不得不把一根和人类头发一样细的金属丝，推入一个非常长、非常窄、充满曲折的管子深处。 钢丝缺乏刚性，加上施加在管壁上的摩擦力，最终导致钢丝折叠弯曲，卡在管子的一个转弯处。

这正是外科医生所面临的挑战，他们试图通过引导导丝或其他器械(如导管)穿过狭窄、曲折的血管网络，在人体更深的部位进行微创手术。

然而，利用方向拉力来补充推力是可能的，这样可以抵消血管内的摩擦力，使仪器移动得更远。

该团队的装置的尖端被磁化，并在另一个磁铁的吸引力的作用下沿着容器内部移动。只有病人体外的一个强大的超导磁铁才能提供额外的吸引力来尽可能地操纵这个磁化装置。

有一种现代化的医院设备可以发挥这种作用：核磁共振扫描仪，它有一个超导磁铁，产生的磁场比地球的磁场强数万倍。

然而，磁共振扫描仪隧道内的磁场是均匀的，这是病人如何进行成像的关键。 这种均匀性带来了一个问题: 要把仪器的尖端拉过迷宫般的血管结构，必须将引导磁场调制到尽可能大的振幅，然后尽可能快地减小。

考虑到这个问题，Martel教授的想法是不使用磁共振机隧道内的主磁场，而是使用机器外的所谓边缘磁场。

“据我们所知，这是第一次将核磁共振边缘领域用于医学应用。”他补充道。

Martel教授称这种技术为边缘场导航(FFN)。

利用X射线绘图对 FFN 进行的体内研究表明，该系统具有高效和微创的能力，能够将极小直径的仪器深入到迄今为止使用已知方法无法进入的复杂血管结构中。

这种机器人手术方案的性能远远优于手工操作和现有的基于磁场的解决方案。

这种方法有望拓宽各种医疗程序的应用可能性，包括诊断、成像和局部治疗。 此外，它可以帮助外科医生改善目前需要尽可能少的侵入式治疗的治疗方案，包括治疗脑损伤，如动脉瘤或中风。这项研究工作得到了加拿大研究主席计划的支持。