中科院深圳先進院提出面向血管介入手術的磁控導絲機器人創導三維血管模型助力

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近日，中國科學院深圳先進技術研究院徐天添研究員團隊和深圳大學附屬華南醫院神經外科杜世偉主任醫師團隊合作，在磁驅動連續體微型機器人領域取得新進展。

團隊提出了一種面向血管介入手術的磁控導絲機器人系統，該機器人具有磁驅動主動轉向和自主推進能力，介入醫生通過對其遠程操控，并借助數字減影血管造影，能使磁控導絲在復雜的血管分叉處快速選擇正確路徑，并精準到達目標部位。未來，該機器人可遠程精準介入復雜血管手術，能有效減少醫生的輻射暴露并支持偏遠地區。

磁控導絲機器人系統

研究成果以“A Magnetically Controlled Guidewire Robot System with Steering and Propulsion Capabilities for Vascular Interventional Surgery”為題，發表在智能系統領域權威期刊Advanced Intelligent Systems （JCR一區，影響因子：7.4）。先進院徐天添研究員和深大華南醫院杜世偉主任醫師為共同通訊作者，先進院博士研究生付仕雄為第一作者。

原文鏈接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aisy.202300267

DOI: 10.1002/aisy.202300267

血管介入手術是在醫學影像設備的導引下，利用導絲、導管等器械經血管途徑診療的操作技術。神經介入手術是治療各種腦血管疾病的重要手段，對醫生經驗要求很高。偏遠地區的介入醫療資源緊缺。醫生需要在造影下觀察導絲位置，累積的輻射有損健康。

對此，團隊提出一種具有磁驅動主動轉向和自主推進能力的磁控導絲機器人系統，可以協助醫生遠程操控，或替代醫生自動化控制，能有效減少醫生的輻射暴露和支持偏遠地區。團隊在導絲的尖端連接一段磁性軟膠材料，使醫用介入導絲具有磁響應，可在外部磁場的驅動下靈活轉向，并通過影像系統反饋位置。團隊結合偶極子模型和Cosserat-rod模型，建立了連續體力學模型預測導絲尖端的變形，并開發了軌跡規劃算法，根據血管的路徑推斷外部驅動磁鐵的位置軌跡和推進器速度實現軌跡跟隨控制。

團隊通過磁場表征和轉向表征實驗，證實提出的模型可以預測并重建導絲尖端的非線性變形。團隊實現了磁驅動介入導絲的遠程控制，根據已知的血管路徑，通過磁場控制磁性導絲從血管模型內四條路徑的起始點分別到達大腦中動脈的四個目標位置，到達時間均小于2分鐘。此外，介入醫生在手術室外，在DSA影像的實時引導下能夠遠程控制磁性導絲，從血管模型右側內頸動脈起點穿過并到達目標位置，用時大約為2分鐘。