多倫多大學(xué)的研究人員正在開發(fā)由磁場精確控制的微型機(jī)器人，有朝一日可用于對兒童進(jìn)行微創(chuàng)腦部手術(shù)。研究團(tuán)隊(duì) - 由應(yīng)用科學(xué)與工程學(xué)院機(jī)械工程副教授Eric Diller和 Temerty 醫(yī)學(xué)院外科系教授兼醫(yī)院小兒神經(jīng)外科醫(yī)生James Drake共同領(lǐng)導(dǎo) 為病童 (SickKids) – 表示，該技術(shù)代表了大多數(shù)顯微手術(shù)工具的剛性、有線設(shè)計(jì)的背離。

多倫多大學(xué)應(yīng)用科學(xué)與工程學(xué)院的 Eric Diller 正在與醫(yī)學(xué)研究人員合作開發(fā)靈巧的磁控微型機(jī)器人，可以對兒童進(jìn)行微創(chuàng)腦部手術(shù)。多倫多大學(xué)泰勒歐文攝

“通過內(nèi)窺鏡在兒科大腦中推進(jìn)手術(shù)需要可以精確控制的微型多功能工具，”德雷克說。“這種使用由機(jī)器人外部磁鐵控制的微型磁化工具的新概念在滿足兒科和成人患者的這種需求方面顯示出巨大的希望。”

每年在美國檢測到 24,000 個(gè)惡性腦腫瘤。這些腫瘤是兒童中最常見的實(shí)體癌形式，手術(shù)切除腫瘤通常是首選的治療方案。手術(shù)可能是高度侵入性的，恢復(fù)過程很長。在某些情況下，當(dāng)可以通過內(nèi)窺鏡進(jìn)行手術(shù)時(shí)，工具可能不夠小或不夠靈巧，無法進(jìn)行治療。

在 Drake 和他的團(tuán)隊(duì)在 Wilfred 和 Joyce Posluns 圖像引導(dǎo)創(chuàng)新和治療干預(yù)中心 (PCIGITI) 的工作基礎(chǔ)上，Diller 和 Drake 集思廣益進(jìn)行了研究合作。迪勒提出了磁驅(qū)動(dòng)神經(jīng)外科工具的想法。該項(xiàng)目在獲得加拿大衛(wèi)生研究院 (CIHR) 和加拿大自然科學(xué)與工程研究委員會(huì) (NSERC) 的資助后啟動(dòng)。

迪勒和他的團(tuán)隊(duì)一直在開發(fā)一種原型，在柔性線“手腕”的末端安裝有微小的抓手，并由外部磁場控制。該工具在夾持鉗和靈活的手腕上都裝有磁鐵。當(dāng)施加磁場時(shí)，該工具將打開和關(guān)閉抓手或移動(dòng)手腕。

“對于這些手術(shù)工具，我們正在以非常具有挑戰(zhàn)性的規(guī)模工作，大約 1 到 5 毫米的零件，其中一些材料不適用于微加工工藝，”該領(lǐng)域的博士候選人Cameron Forbrigger說 。應(yīng)用科學(xué)與工程學(xué)院。“因此，我們不得不使用激光焊接系統(tǒng)手工組裝大量現(xiàn)成的磁鐵、板和線。

“如果你不小心，鈦線可能會(huì)在激光束下分解。”

在模擬腫瘤的大腦橡膠模型上進(jìn)行的測試中，夾具能夠成功進(jìn)入大腦的腦室并移除腫瘤，完全由外部磁場控制。

研究人員現(xiàn)在正在研究夾持工具的第二個(gè)原型，該原型具有簡化的設(shè)計(jì)，可以更好地控制鑷子。正在開發(fā)的原型磁性工具的尺寸約為傳統(tǒng)手術(shù)機(jī)器人工具的一半，傳統(tǒng)手術(shù)機(jī)器人工具的尺寸約為 5 毫米，同時(shí)保持相同的靈活性。

“為兒科微創(chuàng)手術(shù)開發(fā)新技術(shù)——在這種情況下是神經(jīng)外科——需要一個(gè)由工程師和外科醫(yī)生組成的協(xié)作團(tuán)隊(duì)。我們來自多倫多大學(xué)機(jī)械和工業(yè)工程系和 SickKids 的 PCIGITI 的團(tuán)隊(duì)在這方面非常成功，”德雷克說。

在手術(shù)室中看到這些微型機(jī)器人之前，還有幾個(gè)步驟需要采取。該團(tuán)隊(duì)計(jì)劃創(chuàng)建更多工具，包括微型剪刀。他們還需要確定在手術(shù)室中產(chǎn)生磁場的最佳方式。

“我們下一步將與 SickKids 的同事一起進(jìn)行體內(nèi)模擬 ，這將提供機(jī)會(huì)了解這些微型機(jī)器人將如何在手術(shù)室中發(fā)揮作用，并嘗試不同的方式設(shè)置磁線圈，”迪勒說.

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