就像摩擦棉球一样，这个机器人可以进入血管，

今年7月，有新闻报道称，30岁的李女士（化名）从新西兰飞往广州。就在11个小时的飞行结束后，他突然在机场晕倒，经抢救无效死亡。医生认为他死于肺栓塞：很可能是长期久坐导致腿部形成血栓，而血栓破坏并堵塞了肺部的血管[1]。新闻图片：肺栓塞可发生于任何年龄| 新闻图片广东广播电视台肺栓塞、脑梗塞、心肌梗塞……血栓引起的疾病越来越多地瞄准年轻人。危险且难治：溶栓药物的治疗窗口极其狭窄，依赖导管的机械取栓也有时间窗口，而且对血栓的位置和医生的技术也提出了非常高的要求。尤其是在大脑中，蜿蜒而狭窄的血管往往会影响大脑的正常运转。血凝块卡在“弯道”里，让顶级医生也束手无策。如果有一种小型装置能够沿着血管到达伤口，“消化”血栓并将其移走，就可以彻底改变治疗情况。在今年9月发表在Advanced Materials[2]上的一项研究中，美国斯坦福大学赵瑞克团队展示了一种直径仅为几毫米的磁控机器人。它可以在磁场的引导下深入脑血管模型。它不仅可以清除血栓，还可以完成给药、治疗动脉瘤等各种精细手术。新型微型机器人穿越脑血管模型（上）和猪颈动脉（下）|参考文献[2]动脉血流速度很快，以前不可能逆流行进。如今，让机器人在磁场下移动并不困难。硬标准杆这就是如何在湍急的血流中自由行进。对于要在血管中向下游移动的微型机器人，其速度必须达到或超过血液本身的流速。人体内的血流速度可达每秒数十厘米：颈内动脉的平均流速为每秒20至30厘米，峰值接近每秒60厘米。在这项研究之前，还没有螺旋微型机器人达到这样的速度。在2022年发表于Kalikasan ng Kalikasan的论文中，赵瑞克团队受到折纸艺术的启发，设计了一款嵌入磁铁的机器人，可以在磁场中旋转和前进。受折纸艺术启发的无绳磁控机器人 |参考文献[3] 这次，团队保留了最关键的结构——螺旋的翅膀、空心管和腹股沟外壁，并将原来钉子大小的装置缩小到只有几毫米的宽度和长度，正好适合旅行时使用。通过直径3至5毫米的脑血管。机器人进入血液后，外部施加的旋转磁场驱动其快速旋转。特殊的中空设计，前进时产生负压。流体从前端吸入，然后从后端和凹槽向侧面喷出，从而推动机器人前进。实际测量结果表明，这款机器人可以轻松地以每秒23厘米的速度穿梭到动脉血流速度。赵瑞科指出：“我们可以很容易地让它达到这个速度，但23厘米/秒并不是上限。只要不断提高磁场的旋转速度，它的速度就可以达到60厘米/秒。”机器人的特殊结构使其能够在血管中快速移动 |参考文献[2]像摩擦棉球一样，旋转产生的负压让“眼花缭乱”的小血块结果超出了他们的预期预期：血块没有消失。当你按压和摩擦时，松散的棉花会逐渐形成一个紧密的小球。此外，Thrombi 将继续简化这一过程。红细胞继续被挤出血栓，留下的大部分是致密的纤维蛋白。 “纤维网在压缩力和剪切力的作用下体积收缩 | 参考文献[5]团队还发现，血栓中红细胞含量越高，机器人最终的压缩水平越高，压缩率可达95%；对于完全由纤维蛋白组成的困难血栓模型，微型机器人也可以积聚超过80%的体积4]临床管理，并且需要溶栓药物、导管 吸引器和支架。传统血栓切除术期间的血管。血栓抽吸导管前端直径约1毫米的装置。虽然这样的操作在中国比较常见，但有能力做的人还很少。公民中的行为者，这在国内并不是第一次。 “在导管前端安装旋转装置治疗血栓的示意图|参考文献[5] 现在，赵瑞科团队的新方法是通过鞘管让机器人通过鞘管进入血流，然后在磁场的引导下来到血栓位置，压缩并返回血栓，最后将其从鞘管中取出。”插入鞘管非常简单，大大提高了机器人的安全性。 “降低医生的操作难度，让更多的医生可以使用这项技术。”赵瑞科解释道。该机器人的应用场景不仅仅是精确到达伤口清除血栓并“处置”药物。通过其中空结构，科学家可以在其内部装载药物或其他物质，使其在磁场的导航下精确到达伤口，然后通过旋转负压将药物释放出来。压力，这为不同的疾病提供了新的治疗方法。而且，通过调节机器人本身的磁性和外部磁场的旋转频率，这款微型机器人还可以表现出不同的运动模式，从而实现不同的药物输送方式：可以在前进的同时缓慢释放药物，也可以原地高速晃动，快速“投掷”药物。 “比如，在输送溶栓药物时，我们更愿意采用缓释的方式。因为纤溶速度很慢，如果快速释放，药物不会有效。”赵瑞科解释道。向血管释放药物的机器人示意图（3倍速）|参考文献[2]但对于动脉瘤等疾病，快速释放的效果可以更理想。动脉瘤是血管壁上的微弱凸起。如果在血流的影响下受到干扰，就会引起脑出血（俗称脑溢血）。在过去，为了减少血流对动脉瘤的影响，医生必须使用导管在动脉瘤中放置金属线圈。它位于导管触及的深处，医生对此无能为力。现在，研究团队只需将动脉瘤治疗物质（可在液体中膨胀的凝固剂或聚合材料）装载到中空机器人结构中，然后将其精确导航至动脉瘤并释放，即可完成模型中的堵塞并降低动脉瘤破裂的风险。机器人动脉瘤治疗示意图。 |参考文献[2]旋转吸肾结石，效率高等于痛苦少。此外，这项技术也有望应用于血管以外的场景。在今年9月《Advanced Intelligence Systems》发表的一篇论文中[6]，赵瑞科团队利用同样的原理成功地从离体猪肾脏中取出了肾结石。赵瑞科透露已经有公司在举办舞会另外，“旋转截石术”的临床转化，治疗脑梗塞、肺栓塞、静脉曲张血栓的“旋转取栓”的临床转化也在研发中。 4秒捡起45块碎片，机器人快速取出猪肾肾结石 |参考文献[6]同时，赵瑞科团队正在与斯坦福大学计算机科学系合作，开发基于血管造影图像的微型机器人自动导航算法。目前，团队用于控制机器人的磁力机械臂只能依靠预设路径或医生手动控制。但未来，如果算法能够在三维血管图上重建二维血管造影，并实时自动调整磁场，引导机器人直接到达伤口，那么这项技术将真正解放医生的双手，让治疗过程更加精准e 且安全。也许在不久的将来，这些微型机器人将成为一种常见的临床工具，彻底改变我们穿透人体器官的方式。参考文献 作者：黄雨佳 编辑：戴天一 封面图片来源：参考文献[2] 如有需要，请联系 sns@guokr.com 返回搜狐查看更多