仅2毫米！这一磁性机器人将替代支气管镜

器械之家 2022-09-05

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据媒体近期报道，英国利兹大学“风暴”STORM实验室的研究人员创造了一种直径仅为2毫米的磁性"触手机器人"，希望它能够替代支气管镜，通过我们肺部最小的气道，进行诊断和治疗。

目前用于检查肺部的支气管镜，如果没有额外的导管连接，则不能进入非常狭窄的气道，同时又很难操作。而这款仅2毫米的磁性"触手机器人"使用安装在机械臂上的外部磁铁控制，并且在手术过程中不需要X射线成像。

研究人员希望"触手机器人"能够帮助医生诊断和治疗各种肺部疾病，彻底改变医生与设备互动的方式。

探索肺部的新工具

目前，医生都是使用支气管镜对肺部和气道进行检查。支气管镜是直径约3.5至4毫米的柔性管状器械，通过鼻子或嘴巴进入支气管通道。

由于尺寸限制，支气管镜只能行进到支气管树的上层。为了更深入地检查肺部，则必须连接直径约2毫米的导管，然后进入较小的肺管。但是长度的增加也让支气管镜变得更难以控制，医生很难将器械和导管导航到目的部位。

为了解决这一难题，利兹大学STORM实验室的工程师，科学家和临床医生团队率先开发了一款使用机器人系统协助导航的磁性触手。

研究人员称这一磁性触手机器人由一系列相互连接的圆柱段组成，长约80毫米，直径仅为2毫米（圆珠笔尖直径的两倍）。主体部分由弹性橡胶体组成，该弹性体含有微小的磁性颗粒，相互连接的片段一定程度上能够独立运动，允许通过外部磁铁操纵。

外部磁铁施加的磁场能够将柔性触手扭曲成特定的形状，从而符合支气管复杂的解剖结构，并引导它通过狭窄的气道前进。这一改进使得机器人能够抵达肺部大部分区域，同时避免了患者在手术过程中进行X光成像，减少了患者和医生的辐射暴露。

这一系统能够实现完全自主，依据患者在术前的扫描数据，通过计算确定磁体的运动序列。医生无需操作支气管镜，减轻了大部分工作负担。

目前，研究人员已经使用支气管树模型对该系统进行了概念验证，接下来将在首次人体试验前先在尸体中进行测试。

参与了这项研究的学者Pietro Valdastri表示："这款磁性触手机器人将成为研究和治疗肺癌以及其他肺部疾病的重要工具。"

这项成果发表在了《Soft Robotics》杂志上。

英国实验室掀起磁风暴

研发了此款磁性触手机器人的团队——英国利兹大学STORM实验室，是重点研发手术机器人的科研团队，他们尤其关注医疗胶囊机器人，内窥镜检查机器人，软手术机器人等较少经济负担的手术机器人设备。

由于磁场对人体无害，且提供了远处操纵物体的可能性，STORM研究团队认为利用这种特性操纵微型医疗器械能够深入人体内，以诊断和治疗危及生命的疾病，能够最大限度地减少手术的侵入性和对患者的风险。

为了成功在患者体内利用磁场操纵医疗器械的位置和方向，在STORM实验室对磁性有效载荷的实时定位技术进行了深入研究，结合当下最前沿的胶囊机器人、柔性机器人等概念创造了一系列极具创意的智能磁控医疗机器人。

除了本文提到的2毫米磁性"触手机器人"外STORM还与格拉斯哥大学的合作创造了一种磁性胶囊机器人"Magnocap"，胶囊被设计成插入胃肠道，然后使用磁耦合定位在体内，通过患者上方的机械臂进行控制，不仅可以用于定位胶囊，还可以产生超声成像所需的运动。板载摄像头为用户提供额外的诊断和反馈，能够在智能磁控制下在胃肠道内进行诊断性微超声检查。

查看STORM实验室官网可以发现，达芬奇手术机器人母公司直觉外科和美敦力都是STORM的赞助商。

研究团队的成员Bruno Scaglioni还曾参加过达芬奇手术系统相关的研究活动，在那里负责协调平台的使用并专注于开发自主任务。

全球首例磁性机器人手术完成

磁性手术机器人虽然有着诸多好处，但目前磁性对机械的隔空控制远远比不上机械臂那样准确。目前最接近临床使用的磁性手术机器人是来自Levita Magnetics公司的Levita® Robotic Platform，Levita磁力手术系统可在腹腔镜手术过程中运用磁力经腹壁抓取并收回组织，避免仪器造成的切口，并减少完成手术所需的切口数量。

去年年中Levita® Robotic Platform完成了全球第一例由磁性机器人辅助进行的外科手术。该台手术由来自圣地亚哥的微创外科医生Dr. Ignacio Robles操作完成，术中利用机器人操作台完成了小切口的腹腔镜胆囊切除操作。

Levita的磁控手术系统Magnetic grasper（磁性抓钳）、Magnetic controller（磁控制器）、Grasper tip三部分构成。抓取工具利用传统内窥镜通道由肚脐进入体内，再由磁性尖端钳取目标软组织后与抓取工具分离，随后利用外部磁性控制器来控制磁性尖端在体内活动。

在第一代Levita磁力手术系统中，磁控制器仍旧需要人为操作，使得其在术中贴合患者腹部从而完成磁性操作。该磁控器无法悬空固定导致的不稳定性，以及术中人员操作的不便利性，都使得这一系统无法进行大规模的临床使用与推广。

在Levita意识到其磁力手术系统Levita Magnetic Surgical System的操作缺陷后，Levita公司更新并开发了Levita Robotic，来尽可能发挥出其磁力设备的优势。Levita Robotic将磁力系统与机器人进行组合使用，磁性抓钳和磁控制器分别被固定在两个机械臂上，通过机械臂控制磁性抓钳和磁控制器。从而解决需要助手扶、磁控制器贴合腹部等问题。

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Levita目前虽未正式上市，但首例手术的成功完成仍然代表了磁性手术机器人迈出的一大步。不过Levita的手术仍然需要手术切口才能完成，距离完全无切口的磁力隔空操作还有很远的距离，不过正如STORM一样世界各地前沿试验室都在不断探索磁技术在医疗领域的应用，期待有一天真的能实现科幻电影里描述的，所有的手术都不用切口，那该是多么美好！

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