研究人员使用微型机器人在猪的动脉中完成手术

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This article is part of our exclusive IEEE Journal Watch series (https://spectrum.ieee.org/collections/journal-watch/) in partnership with IEEE Xplore.

当患者的动脉或血管阻塞时，外科医生团队必须小心地将超薄导管穿过患者的血管，以到达病变或阻塞区域。尽管外科医生必须使用X射线从患者身体外部估计导管的位置，但通过血管行进的微型机器人可以提供一种更精确、更方便的方式进入治疗部位。

许多研究团队正在探索这种可能性，近日，韩国的一个团队最近表示，他们成功的利用机器人自动导航到猪的动脉，输送了对比燃料，并安全地导航回到了提取点。该结果于2月9日发表在《IEEE机器人与自动化快报》上。

闭塞性血管疾病，或OVD —— 包括脑卒中、心脏心肌梗死或四肢外周动脉疾病，是死亡的主要原因 —— 预计随着社会老龄化和肥胖的增加，这种疾病将更加普遍。

外科手术是严重病例的关键治疗选择方法，可以挽救生命，但这些手术面临一些重大挑战。

除了外科医生在手动引导手术工具穿过血管到达病变区域时面临的困难外，外科医生还必须依靠X射线来引导他们的设备，这会无意中使医疗团队暴露于X射线成像设备的高剂量辐射。

参与这项研究的首尔汉阳大学杰出教授Gunhee Jang解释道：“（手术过程）需要长时间的手术，因为如果血管形状复杂或完全堵塞，很难准确定位病变。”

为了解决这些问题，Jang的团队想出了一个解决方案，使用一个由磁铁外部引导的无约束机器人。这就是I-RAMAN（robotically assisted magnetic navigation system for endovascular intervention，用于血管内介入的机器人辅助磁导航系统）机器人名字的由来。

首先，汉阳团队开发了一种软件，该软件使用从不同角度拍摄的2D X射线图像来创建患者阻塞区域周围血管的3D地图。系留式磁性机器人可以使用3D地图自主导航，并进行治疗。

导管用于将机器人注射到治疗区域附近的血管中，外部磁场用于产生旋转运动，以使机器人脱离导管。然后利用外部磁场引导机器人到达治疗点，依靠3D地图导航。

一旦机器人到达需要治疗的动脉或血管部位，它就可以执行许多任务，包括球囊扩张、吸入血栓和局部输送造影剂或药物。一旦机器人的任务完成，外部磁性系统会将机器人引导回导管，然后将机器人从体内取出。

在他们的研究中，研究人员首先在漂浮在水箱中的人造血管中测试了这项技术，结果证明是成功的。接下来，他们将机器人放在麻醉下的小猪股浅动脉中进行测试。

“我们非常有信心在（人造）血管中进行机器人血管内干预，”Jang说，“但在微型猪股浅动脉的体内实验中，我们注意到这是一个完全不同且困难的世界。”

在一年的时间里，他们与心脏病专家合作，在猪身上完成了八次手术。最后的实验证明是成功的，证明了该技术在现实生活中是可行的。

Jang的团队计划继续其工作，目标是将I-RAMAN系统商业化，他们已经成立了一家名为InterMag的生物风险投资公司。

Jang指出，最近在猪身上进行的这些实验揭示了改进微型机器人和磁导航系统的方法。他解释道：“具体来说，我们将增加磁导航系统产生的磁场，计划减小微型机器人的尺寸并有效地设计它。” 此外，Jang表示，该团队还计划向韩国食品和药物安全部申请进行磁性机器人系统的临床试验。