革命性手柄操控机器人实现远程中风手术

麻省理工学院工程师开发了一种远程机器人系统，帮助外科医生快速、远程地治疗中风或动脉瘤患者。通过改装的手柄，一家医院的外科医生可以控制另一地点的机械臂，在挽救患者生命和保护脑功能的关键时间窗内安全实施手术。

磁控机器人系统助力血管内介入

该机器人系统通过磁力控制运动，旨在远程协助血管内介入手术——这是一种在紧急情况下治疗血栓导致中风的手术。此类介入通常需要外科医生手动引导细导丝到达血栓处，以物理清除阻塞或输送溶栓药物。

打破地域限制，抢占“黄金一小时”

此类手术的主要局限在于可及性：神经血管外科医生多集中在大型医疗机构，偏远地区患者难以在中风发病后的“黄金一小时”内获得治疗——这是最大程度减少脑损伤的关键时期。

MIT团队设想将该机器人系统部署在小型医院，由大型医疗中心的资深外科医生远程操控。系统包含一台医疗级机械臂，其腕部装有磁铁。操作员通过手柄和实时影像，调整磁铁方向并操控机械臂，引导柔性磁性导丝穿越动脉和血管。

幻体实验验证可行性

研究人员在“幻体”中演示了系统——一种复制大脑复杂动脉结构的透明模型。经过仅一小时培训，神经外科医生即可远程控制机械臂，引导导丝穿越血管迷宫到达模型中的目标位置。

“我们设想，患者无需从农村转运至大城市，只需前往当地医院，护士即可部署系统。大型医疗中心的神经外科医生通过实时影像观察患者，利用机器人在黄金一小时内实施手术。这是我们的未来愿景。”

—— MIT机械工程与土木环境工程教授赵轩鹤

研究成果已发表于《Science Robotics》。

血管内手术的专业挑战

血管内手术是一种专业性极强的微创手术，要求外科医生熟练扭转、引导细导丝穿越人体动脉血管至目标部位，同时避免损伤血管壁。该手术通常需要数年训练才能掌握。

机器人系统正被探索作为血管内手术的辅助技术。现有系统主要依靠电机驱动推进、回撤导丝并使其在血管内扭转前行。

“但让机器人达到与外科医生同等水平的扭转操作极具挑战，”第一作者金允浩表示，“我们的系统基于根本不同的机制。”

从手持磁铁到手柄操控

新系统基于2019年的研究成果：当时团队演示了用手持磁铁（约汤罐大小）手动操控磁控导丝穿越实物大小的硅胶脑血管模型。

如今，团队将磁铁固定在医疗级机械臂末端，通过鼠标上的微型手柄旋钮即可转向。倾斜手柄可改变磁铁朝向，磁性导丝随之弯曲跟随；鼠标按钮控制电动直线驱动器推进、回撤导丝，实现前进后退。

导丝细度和柔韧性与传统神经血管导丝相当，其柔性磁性尖端会跟随磁场方向弯曲。

临床环境测试与外科医生培训

团队在麻省总医院导管实验室——配备标准血管内手术影像设备的手术室——测试了机器人系统。机械臂安装在实验室内，连同实物大小的硅胶血管模型；手柄和显示模型实时视频的监视器设在控制室。操作员观看视频，远程操控手柄引导导丝穿越血管。

团队培训了一组神经外科医生使用该系统。仅一小时培训后，每位医生均能成功操控系统，引导导丝穿越手动导丝难以通过的复杂血管。

模拟取栓实验

团队还利用机器人系统在模型中清除难以到达区域的模拟血栓。他们引导导丝穿越血管、绕过急转弯，到达模拟血栓区域。导丝就位后，外科医生采用标准血管内方法，沿导丝推进微导管至血栓部位，撤出导丝，保留导管，成功取出血栓。

“磁性导丝的主要目的是快速、安全地到达目标位置，以便微导管等标准器械输送治疗药物。我们的系统如同‘探路者’，”金允浩表示。

远程操作的双重价值

金允浩期望远程操作系统能让更多患者获得时效性治疗。同时，该系统也保护外科医生：传统血管内手术要求医生与患者同室操作，长期暴露于X射线辐射中。

“神经外科医生可在另一间房间甚至另一座城市操控机器人，免受反复X射线照射，”赵轩鹤说，“考虑到中风是全球主要致死和致残原因之一，这项技术对全球健康的潜在影响令我们振奋。”