研究人员开发微型机器人来进行微创脑部手术

多伦多大学的研究人员正在开发由磁场精确控制的微型机器人，有朝一日可用于对儿童进行微创脑部手术。研究团队 - 由应用科学与工程学院机械工程副教授Eric Diller和 Temerty 医学院外科系教授兼医院小儿神经外科医生James Drake共同领导 为病童 (SickKids) – 表示，该技术代表了大多数显微手术工具的刚性、有线设计的背离。

多伦多大学应用科学与工程学院的 Eric Diller 正在与医学研究人员合作开发灵巧的磁控微型机器人，可以对儿童进行微创脑部手术。多伦多大学泰勒欧文摄

“通过内窥镜在儿科大脑中推进手术需要可以精确控制的微型多功能工具，”德雷克说。“这种使用由机器人外部磁铁控制的微型磁化工具的新概念在满足儿科和成人患者的这种需求方面显示出巨大的希望。”

每年在美国检测到 24,000 个恶性脑肿瘤。这些肿瘤是儿童中最常见的实体癌形式，手术切除肿瘤通常是首选的治疗方案。手术可能是高度侵入性的，恢复过程很长。在某些情况下，当可以通过内窥镜进行手术时，工具可能不够小或不够灵巧，无法进行治疗。

在 Drake 和他的团队在 Wilfred 和 Joyce Posluns 图像引导创新和治疗干预中心 (PCIGITI) 的工作基础上，Diller 和 Drake 集思广益进行了研究合作。迪勒提出了磁驱动神经外科工具的想法。该项目在获得加拿大卫生研究院 (CIHR) 和加拿大自然科学与工程研究委员会 (NSERC) 的资助后启动。

迪勒和他的团队一直在开发一种原型，在柔性线“手腕”的末端安装有微小的抓手，并由外部磁场控制。该工具在夹持钳和灵活的手腕上都装有磁铁。当施加磁场时，该工具将打开和关闭抓手或移动手腕。

“对于这些手术工具，我们正在以非常具有挑战性的规模工作，大约 1 到 5 毫米的零件，其中一些材料不适用于微加工工艺，”该领域的博士候选人Cameron Forbrigger说 。应用科学与工程学院。“因此，我们不得不使用激光焊接系统手工组装大量现成的磁铁、板和线。

“如果你不小心，钛线可能会在激光束下分解。”

在模拟肿瘤的大脑橡胶模型上进行的测试中，夹具能够成功进入大脑的脑室并移除肿瘤，完全由外部磁场控制。

研究人员现在正在研究夹持工具的第二个原型，该原型具有简化的设计，可以更好地控制镊子。正在开发的原型磁性工具的尺寸约为传统手术机器人工具的一半，传统手术机器人工具的尺寸约为 5 毫米，同时保持相同的灵活性。

“为儿科微创手术开发新技术——在这种情况下是神经外科——需要一个由工程师和外科医生组成的协作团队。我们来自多伦多大学机械和工业工程系和 SickKids 的 PCIGITI 的团队在这方面非常成功，”德雷克说。

在手术室中看到这些微型机器人之前，还有几个步骤需要采取。该团队计划创建更多工具，包括微型剪刀。他们还需要确定在手术室中产生磁场的最佳方式。

“我们下一步将与 SickKids 的同事一起进行体内模拟 ，这将提供机会了解这些微型机器人将如何在手术室中发挥作用，并尝试不同的方式设置磁线圈，”迪勒说.

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