中風后，能能迅速把堵住的血管疏通，會非常有利于后續(xù)治療，這個機器人或許是緊急治療的好方法！
麻省理工學院的工程師開發(fā)了一種磁性可操縱的螺紋狀機器人，可以主動滑行通過狹窄的蜿蜒路徑（例如大腦的labrynthine脈管系統(tǒng)）。
在未來，這種機器人線程可以與現(xiàn)有的血管內技術配對，使醫(yī)生能夠遠程引導機器人通過患者的腦血管，以快速治療例如動脈瘤和中風中發(fā)生的阻塞和病變等疾病。
“中風是導致死亡的五大原因，也是美國殘疾的主要原因。如果急性卒中可以在前90分鐘左右治療，患者的生存率可能會顯著增加，”麻省理工學院的機械工程和土木與環(huán)境工程的趙玄和副教授表示。“如果我們能夠在這個'黃金時段'設計一種能夠逆轉血管阻塞的裝置，我們就有可能避免永久性腦損傷，這是我們的初衷。”
趙和他的團隊，包括主要作者Yoonho Kim，麻省理工學院機械工程系的研究生，在“ Science Robotics ”雜志上描述了他們的軟機器人設計。該論文的其他合著者是麻省理工學院的德國研究生Alberto Parada和交換（訪問）生劉圣多。
具有潤滑水凝膠皮膚的磁性軟連續(xù)體機器人的視頻導航腦血管系統(tǒng)的3D模型：
(圖片來源：Kim et al., Sci. Robot. 4, eaax7329 (2019))
為了清除大腦中的血凝塊，醫(yī)生經常進行血管內手術，這是一種微創(chuàng)手術，其中外科醫(yī)生通過患者的主動脈（通常在腿或腹股溝）插入細線。在使用X射線同時對血管成像的熒光鏡的指導下，外科醫(yī)生隨后手動將導線旋轉到受損的腦血管中，然后可以沿著導線將導管穿過，以將藥物或凝塊取出裝置輸送到受影響的區(qū)域。
Kim說，這個程序可能會造成身體上的負擔，要求必須接受專門培訓的外科醫(yī)生，同時患者要忍受透視檢查（ct）的反復輻射照射。“這是一項要求很高的技能，而且根本沒有足夠的外科醫(yī)生為患者服務，特別是在郊區(qū)或農村地區(qū)，”Kim說。
同時原先在這種醫(yī)療程序中使用的醫(yī)療導絲（The medical guidewires）是被動的，這意味著它們必須手動操作，并且通常由金屬合金芯制成，涂有聚合物，Kim說，如果導絲線是暫時陷入一個特別狹小的空間，這種材料可能會產生摩擦并損壞容器襯里。
不過該團隊意識到他們實驗室的發(fā)展可以幫助改善這種血管內手術，包括導絲設計和減少醫(yī)生接觸任何相關輻射。在過去幾年中，該團隊已經建立了水凝膠生物相容性材料的專業(yè)知識 - 生物相容性材料主要由水和3D打印的磁力驅動材料制成，可以設計成爬行，跳躍，甚至接球，簡單地通過跟隨磁鐵的方向。
在這篇新論文中，研究人員將他們在水凝膠和磁力驅動方面的工作結合起來，生產出一種磁性可操縱的水凝膠涂層機器人螺紋或導絲。它們能夠做得足夠薄，從而能以磁性引導通過真人大小的硅膠復制品大腦的血管。
而機器人螺紋的核心是由鎳鈦合金或“鎳鈦醇”制成的，鎳鈦合金是一種既柔韌又有彈性的材料。有點像與衣架在彎曲時保持形狀但又不同的是，鎳鈦諾金屬絲會恢復原來的形狀，使其在纏繞穿過狹窄、彎曲的血管時更具靈活性。研究小組用橡膠膏或墨水將金屬絲芯包裹起來，并將其嵌入磁性粒子中。
最后，他們使用了他們之前開發(fā)成熟的化學工藝，用磁性涂層涂覆和粘合磁性覆蓋物 - 這種材料不會影響下面的磁性顆粒的響應性，同時為導線提供光滑，無摩擦，生物相容的表面。
他們展示了機器人線程的精確度和激活，通過使用一個大磁鐵，就像木偶的弦，使線穿過一個小環(huán)的障礙路線，讓人聯(lián)想到穿過針眼的線程。研究人員還測試了大腦主要血管的真人大小的硅膠復制品中的線，包括凝塊和動脈瘤，模擬了實際患者大腦的CT掃描。研究小組在硅膠容器中加入模擬血液粘度的液體，然后手動操作模型周圍的大磁鐵，使機器人通過血管纏繞的窄路徑。
Kim說，機器人線程可以被功能化，這意味著可以添加功能，例如提供減少凝塊的藥物或用激光打破阻塞。為了演示后者，該團隊用光纖替換了線程的鎳鈦合金核心，發(fā)現(xiàn)一旦機器人到達目標區(qū)域，它們就可以磁性操縱機器人并激活激光器。
當研究人員對機器人線涂層與未涂層水凝膠進行比較時，他們發(fā)現(xiàn)水凝膠使螺紋具有急需的光滑優(yōu)勢，使其能夠在更緊湊的空間內滑行而不會卡住。在血管內手術中，當螺紋通過時，這種特性對于防止血管襯里的摩擦和損傷是關鍵。
(圖片來源：Kim等，Sci. Robot. 4, eaax7329 (2019))
這個新的機器人線程如何讓外科醫(yī)生無輻射？Kim說，磁導導線不需要外科醫(yī)生將電線穿過患者的血管。這意味著醫(yī)生也不必非?？拷颊撸匾氖?，也不用接觸輻射產生熒光鏡。
在不久的將來，他設想結合現(xiàn)有磁性技術的血管內手術，例如成對的大磁鐵，醫(yī)生可以從手術室外操作的方向，遠離熒光鏡成像患者的大腦，甚至是完整的不同的位置。
“現(xiàn)有平臺可以施加磁場并同時對患者進行透視檢查，醫(yī)生可以在另一個房間，甚至在不同的城市，用操縱桿控制磁場，”Kim說。“我們希望利用現(xiàn)有技術在下一步測試我們的體內機器人線程。”
中風是人類第五大致命性疾病，在急性中風發(fā)病90分鐘內進行救治可顯著提高存活率，這種機器人有望在“黃金時間”內逆轉腦血管堵塞，避免造成永久性腦損傷，目前據稱其研究成果有希望能迅速在醫(yī)療領域應用。
