为脑部手术开发的第一个可操纵导管

一个由工程师和医生组成的团队开发了一种可操纵的导管，这将首次使神经外科医生能够在导航大脑动脉和血管的同时将设备转向他们想要的任何方向。该设备的灵感来自大自然，特别是昆虫腿和鞭毛——尾状结构，允许细菌等微生物游泳。

加州大学圣地亚哥分校的团队在 8 月 18 日出版的《科学机器人》杂志上描述了这一突破。

加州大学圣地亚哥分校未来外科中心在猪身上成功测试了可操纵导管。

在，大约五分之一的人患有未破裂的颅内动脉瘤- 脑动脉上的一种薄壁、水泡状病变，容易破裂。这些类型的病变影响全世界超过 1.6 亿人，其中一半在 50 岁以下。在动脉瘤破裂的患者中，超过一半死亡。一半的幸存者经历了长期残疾。研究表明，由于动脉瘤难以触及，四分之一的病例无法进行手术。

“作为一名神经外科医生，我们面临的挑战之一是将导管引导到大脑微妙的深凹处，”加州大学圣地亚哥分校健康神经外科系主任 Alexander Khalessi 博士说。“今天的结果证明了一种柔软、易于操纵的导管的概念证明，它将显着提高我们治疗脑动脉瘤和许多其他神经系统疾病的能力，我期待着将这项创新推向患者护理。”

图片来源：加州大学 - 圣地亚哥

动脉瘤手术的当前技术水平涉及神经外科医生将导丝插入腹股沟附近的动脉中，以将导管穿过主动脉并一直向上进入大脑。外科医生使用弯曲尖端的导丝来导航大脑的动脉和连接处。但是在使用导管尖端进行治疗之前，必须移除这些导丝。

“一旦取回导丝，导管将恢复到原来的形状，通常是直的，导致无法进入病理，”杰西卡·温博士说，她在临床医生和工程师之间起到了桥梁作用，并协调了工作加州大学圣地亚哥分校未来外科中心。

因此，将其放置并保持在正确位置以释放阻止血液流向动脉瘤并防止脑出血的铂线圈是极其困难的。

由于大脑的血管很小，因此神经外科无法使用可操纵的导管。具体来说，设备的直径需要小于一毫米——大约是几根人类头发的直径——大约五英尺长(160 厘米)。工业制造方法在这种规模上挣扎。这部分是因为重力、静电和范德瓦尔斯力在这个尺寸上都是相似的。所以一旦你用镊子拿起东西，你就不能掉下来。如果你用镊子哄它，它可能会从相反的力量跳到空中然后消失，再也找不到了。

“不幸的是，我们需要治疗的许多最重要的血管都是身体中最曲折和最脆弱的血管，”加州大学圣地亚哥分校雅各布斯工程学院和医学院教授、该论文的通讯作者 James Friend 说。 . “尽管机器人技术正在满足解决许多医疗问题的需求，但这种手术所需规模的可变形设备根本不存在。”

可操纵的导管允许外科医生在大脑最深的隐窝中提供治疗，在这种情况下，铂线圈会阻止血液流向动脉瘤。图片来源：加州大学 - 圣地亚哥

生物启发

为了解决这个问题，研究人员从大自然和软机器人中寻求灵感。

“我们受到鞭毛和昆虫腿以及甲虫交配的启发，其中涉及微尺度水力学和大方面变形，”最近获得博士学位的 Gopesh Tilvawala 说。在Friend的研究小组和该论文的第一作者。“这促使我们开发了 [a] 液压驱动的软机器人微导管。”

计算机模拟和新的制造方法

该团队必须发明一种全新的三个维度浇铸硅树脂的方法，该方法可以在这些尺度上工作，方法是将同心的硅树脂层沉积在具有不同刚度的彼此之上。结果是一种硅橡胶导管，其壁内有四个孔，每个孔的直径约为人类头发直径的一半。

该团队还进行了计算机模拟，以确定导管的配置;它应该包括多少个孔;这些应该放在什么地方;以及驱动它所需的液压量。为了引导导管，外科医生压缩一个手持控制器，将盐水注入尖端以引导它。生理盐水用于保护患者;如果设备出现故障，盐水就会无害地进入血液。导管的可操纵尖端在 X 射线上可见。

可操纵导管在猪的脑动脉中导航并展开线圈的透视图像。图片来源：加州大学 - 圣地亚哥

一种新的神经外科手术方式

医生们说，这项工作有望对动脉瘤手术的实施方式产生重大影响。加州大学圣地亚哥分校神经外科医生 David Santiago-Dieppa 博士说：“这项技术非常适用于我需要从载瘤动脉中的导管位置旋转 180 度的情况，并且保持位置和减少踢出至关重要。”健康。“这一进步可能最终使我们能够治疗我们过去无法治疗的动脉瘤、其他脑部疾病甚至中风。”

“这种精度可以通过可操纵的工具来实现，这些工具的成功部署应该推动我们在改善访问、减少程序时间、更好的产能利用率、减少辐射暴露和其他相关和预期的好处方面取得进展，”亚历山大博士说加州大学圣地亚哥分校健康放射科系主任诺巴什博士。

接下来的步骤包括具有统计意义的动物试验和人体试验。

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