中科院深圳先进院提出面向血管介入手术的磁控导丝机器人

近日，中国科学院深圳先进技术研究院徐天添研究员团队和深圳大学附属华南医院神经外科杜世伟主任医师团队合作，在磁驱动连续体微型机器人领域取得新进展。

团队提出了一种面向血管介入手术的磁控导丝机器人系统，该机器人具有磁驱动主动转向和自主推进能力，介入医生通过对其远程操控，并借助数字减影血管造影，能使磁控导丝在复杂的血管分叉处快速选择正确路径，并精准到达目标部位。未来，该机器人可远程精准介入复杂血管手术，能有效减少医生的辐射暴露并支持偏远地区。

研究成果以“A Magnetically Controlled Guidewire Robot System with Steering and Propulsion Capabilities for Vascular Interventional Surgery”为题，发表在智能系统领域权威期刊Advanced Intelligent Systems（JCR一区，影响因子：7.4）。先进院徐天添研究员和深大华南医院杜世伟主任医师为共同通讯作者，先进院博士研究生付仕雄为第一作者。

血管介入手术是在医学影像设备的导引下，利用导丝、导管等器械经血管途径诊疗的操作技术。神经介入手术是治疗各种脑血管疾病的重要手段，对医生经验要求很高。偏远地区的介入医疗资源紧缺。医生需要在造影下观察导丝位置，累积的辐射有损健康。

对此，团队提出一种具有磁驱动主动转向和自主推进能力的磁控导丝机器人系统，可以协助医生远程操控，或替代医生自动化控制，能有效减少医生的辐射暴露和支持偏远地区。团队在导丝的尖端连接一段磁性软胶材料，使医用介入导丝具有磁响应，可在外部磁场的驱动下灵活转向，并通过影像系统反馈位置。团队结合偶极子模型和Cosserat-rod模型，建立了连续体力学模型预测导丝尖端的变形，并开发了轨迹规划算法，根据血管的路径推断外部驱动磁铁的位置轨迹和推进器速度实现轨迹跟随控制。

团队通过磁场表征和转向表征实验，证实提出的模型可以预测并重建导丝尖端的非线性变形。团队实现了磁驱动介入导丝的远程控制，根据已知的血管路径，通过磁场控制磁性导丝从血管模型内四条路径的起始点分别到达大脑中动脉的四个目标位置，到达时间均小于2分钟。此外，介入医生在手术室外，在DSA影像的实时引导下能够远程控制磁性导丝，从血管模型右侧内颈动脉起点穿过并到达目标位置，用时大约为2分钟。

未来，科研团队将继续研究磁控导丝机器人系统的智能控制，帮助医生更高效、安全地完成介入手术。

该系列研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金（优青，联合重点）、广东省粤深联合重点、中科院青促会、深圳市重点等科技项目资助。

以上研发过程中选用的模型为创导三维神经介入手术模型。

另外，创导三维介入模拟系统通常搭载脉动泵，模拟真实人体的脉动、血流、血压等效果，可实现模拟体外流体环境。

目前，创导三维在国内血管介入模型领域发展已十分成熟，拥有丰富的定制经验与人体真实数据资源库。目前已经成为世界头部企业、科研单位、医疗单位、学校等机构的首选。未来，创导将继续提供更加专业的定制化模拟系统，助推介入手术的行业发展。

本文来源：先进院徐天添研究员团队、先进院官方微信公众号