直径仅 3 毫米，微型磁控机器人可模拟外科医生灵巧动作

本站 3 月 31 日消息，在传统的脑部手术中，医生通常需要移除部分头骨，才能接触到难以到达的脑部区域或肿瘤。这种手术方式侵入性强、风险高，且患者恢复时间漫长。然而，一项新的技术突破有望彻底改变这一现状。

由多伦多大学牵头，联合加拿大病童医院（SickKids）共同开展的研究项目，成功开发出一套直径仅约 3 毫米的微型神经外科手术工具，可模拟外科医生灵巧动作，精准夹持、拉动和切割身体组织，为侵入性更小的脑部手术提供了新工具。相关研究论文发表于近日出版的《科学・机器人》杂志。

据本站了解，在过去几十年中，直径约 8 毫米的机器人手术工具已在人体其他部位的微创手术中得到广泛应用。然而，将工具缩小至适合神经外科手术的 3 毫米直径，一直是该领域的技术瓶颈。

此次研发的微型工具，通过外部磁场而非传统电机驱动，成功实现了这一突破。传统的机器人手术工具依赖于连接到电动机的电缆，其工作原理类似于人类手指，通过手腕处的肌肉和手部的肌腱进行操控。但当需要将工具缩小到几毫米时，这种设计面临诸多挑战，如小型滑轮的强度不足、易摩擦、拉伸和断裂等问题，这使得工具的微型化变得极为困难。

新开发的机器人手术系统由两部分组成：一是微型手术工具，包括抓取器、手术刀和镊子；二是“线圈手术台”，即在手术台上嵌入多个电磁线圈。

在手术过程中，患者头部将置于嵌入线圈的手术台上，微型工具通过一个小切口插入脑部。通过调节线圈中的电流，医生可以精准地操控磁场，使工具实现抓取、拉动或切割组织的动作。

在传统的开颅手术中，医生依靠自己灵活的手腕来转动工具，倾斜其尖端，以便接触到脑部深处的区域，例如移除大脑中央腔内的肿瘤。而这种新型的机器人神经外科工具能够通过“腕部”运动来模拟这一操作，其灵活性和精准度令人瞩目。

在临床前试验中，研究人员模拟了脑组织的机械特性，使用豆腐和树莓等材料放置在大脑模型中进行测试。实验结果显示，磁控手术刀切割的切口一致且狭窄，平均宽度仅为 0.3-0.4 毫米，比传统手工工具切割的切口（宽度范围为 0.6-2.1 毫米）更为精准。抓取器的成功抓取率也达到了 76%。

尽管微型机器人手术工具在实验中表现出色，但要将其应用于临床，仍需经历漫长的过程。开发医疗设备，尤其是手术机器人，往往需要数年甚至数十年的时间。

这项研究是多伦多大学 Eric Diller 教授领导的多年研究项目的一部分，他是磁驱动微型机器人领域的专家。目前，研究团队正致力于确保机器人手臂和磁控系统能够舒适地安装在医院手术室中，并使其与荧光镜等成像系统兼容，后者利用 X 射线进行成像。只有在完成这些步骤后，这些工具才有望进入临床试验阶段。