心腦血管阻塞，俗稱中風(fēng)、腦梗、心梗、腦溢血，每年導(dǎo)致成千上萬人的死亡和殘疾。僅在中國，現(xiàn)有中風(fēng)患者就高達7000萬人，是頭號殺手。每年新發(fā)中風(fēng)200萬人。相當(dāng)于每 12 秒，就有一個中國人中風(fēng)。而麻省理工(MIT)剛發(fā)明的一項導(dǎo)線機器人技術(shù)，將使用遠(yuǎn)程機器人進行人腦手術(shù)又向前推近了一步。
據(jù)2019年8月28日的“科學(xué)機器人(Science Robotics)”發(fā)表的一篇研究論文，MIT的工程師們剛剛創(chuàng)造了一個神奇的亞毫米級磁導(dǎo)軟體線狀機器人。
https://robotics.sciencemag.org/content/4/33/eaax7329
該研究成果來自于80后華人科學(xué)家趙選賀主導(dǎo)的團隊。2003年畢業(yè)于天津大學(xué)的趙選賀，向千軍萬馬過獨木橋的高考制度，演繹了一道后來居上的美麗的逆襲。2009年，趙選賀從哈佛名師國際著名力學(xué)家鎖志剛教授門下博士畢業(yè)，先在杜克大學(xué)機械工程與材料科學(xué)系擔(dān)任助理教授，四年后加入麻省理工學(xué)院機械工程系擔(dān)任副教授。
從事該項科研課題的趙選賀研究組的成員包括，第一作者麻省理工學(xué)院機械工程系的研究生Yoonho Kim，研究生German A. Parada，和中國訪問學(xué)生劉圣多（音譯）。
這不是趙選賀教授與其團隊在材料和機器人領(lǐng)域第一次驚艷世界。三年前，他們在權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《自然通信》雜志上發(fā)表了防止水凝膠脫水的技術(shù)。該成果可望為合成皮膚鋪路，甚至為機器人提供具有生物功能的柔軟彈性皮膚。
圖 | 趙選賀 （來源： 麻省理工學(xué)院）
那么趙教授團隊這一次的發(fā)現(xiàn)有哪些神奇之處？
這是一款可轉(zhuǎn)向的磁控線形機器人，可以在腦血管這樣的狹窄空間主動滑行。尤其獨特的是，這種血管造影導(dǎo)絲，具有在迂曲血管中的強大的穿行能力。
與之前的同類機器人不同，這個磁控線形機器人呈極細(xì)的面條狀，它通過在大腦的血管中無礙障滑行，有望實現(xiàn)治療中風(fēng)或在去除動脈瘤手術(shù)中用于運送防止血凝塊的藥物。
軟體機器人可以為開放式腦外科“手術(shù)指”提供替代方案，尤其重要的是，磁控軟體機器人可以由手術(shù)室外的外科醫(yī)生控制。理論上講，外科醫(yī)生可以從一個與病人完全不同的地方，遙控這個機器人對病人進行腦部手術(shù)。
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論文詳細(xì)描述了這個“磁控水凝膠涂層線形機器人”。
這個線形“機器人”的核心，由既容易彎曲又有彈性的鎳鈦合金制成。合金外裏涂有內(nèi)嵌微磁顆粒的橡膠涂層，表層用光滑無摩擦的水凝膠覆蓋。這樣制成的線形機器人，具有基于磁制動的全方向轉(zhuǎn)動和導(dǎo)航功能。
機器人的身體上均勻分幣的鐵磁微粒，構(gòu)成了柔軟的聚合物基質(zhì)的均勻連續(xù)體，可以小型化到低于幾百微米的直徑，并且可以道通過對鐵磁編程來控制。而外表的水凝膠將摩擦減少了十幾倍。
現(xiàn)在的外科醫(yī)生通常通過在人的主動脈中插入導(dǎo)線，來清除大腦中的血凝塊。外科醫(yī)生通過X射線對血管成像的熒光鏡手動旋轉(zhuǎn)，并將導(dǎo)線引導(dǎo)到受損的腦血管處。然后沿著導(dǎo)線，經(jīng)過導(dǎo)管輸送藥物或用其他療法去除血管凝塊。
但是，這種醫(yī)治方法至少存在兩個缺點：
第一個缺點是，讓外科醫(yī)生暴露于熒光鏡的反復(fù)輻射之中，影響外科醫(yī)生的健康；
另一個缺點則是，傳統(tǒng)制動機制中常見的小型化上的挑戰(zhàn)。例如，現(xiàn)有的連續(xù)微型“機器人”的直徑通常是毫米級，借助于拉動機械線、記憶合金、充氣氣動或液壓、或磁導(dǎo)航進行操作。這些過粗的醫(yī)用導(dǎo)線，容易對血管壁造成損壞。到目前，線形機器人通常用于心臟和外周血管干預(yù)，但在血管更細(xì)小、更曲折的神經(jīng)外科上缺乏突破。
各類心血管疾病
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相比之下，有了麻省理工的這種能夠用磁控制的線形“機器人”，外科醫(yī)生可以在手術(shù)室外指揮它工作。不但可以防止對醫(yī)護人員重復(fù)的輻射暴露，外科醫(yī)生還可以在千里之外通過操縱桿進行人腦手術(shù)。
線形機器人外表涂的水凝膠，也將極大降低對血管壁可能的損傷。該裝置將有益于幫助外科手術(shù)進一步進入大腦。
“手術(shù)中的挑戰(zhàn)之一就是，如何在大腦的復(fù)雜血管系統(tǒng)中導(dǎo)航和定位。這些血管的直徑非常小，小到目前的商用醫(yī)學(xué)導(dǎo)管無法通過，”首爾國立大學(xué)機械工程系教授Kyujin Cho說。“（趙選賀團隊的）這項研究已顯示出克服這一挑戰(zhàn)的潛力，使無需開顱的腦外科手術(shù)成為可能?！?div style="height:15px;">
目前線形機器人還沒有進入臨床使用階段，但是麻省理工的趙選賀研究團隊己通過引導(dǎo)線穿過小孔（類似于穿針）的實驗，證明了它的靈活性。
他們還以一個有血凝塊和動脈瘤的患者的CT掃描圖為模板，制造了一個具有真實人腦大小和主要血管網(wǎng)的仿真大腦，并且成功引導(dǎo)了線形機器人穿過那些蜿蜒狹窄的顱內(nèi)血管路徑。
麻省理工的工程師們希望不久的將來，這款磁控軟體線形機器人可以用于臨床，在人體內(nèi)運送防止凝塊的藥物?；蛘咄ㄟ^這種機器人的磁性來操控激光，治療血管阻塞。
鑒于其緊湊獨立的驅(qū)動和直觀操作，麻省理工的鐵磁軟體線形機器人可以為先前難以接近的病變開辟微創(chuàng)機器人手術(shù)的途徑，從而解決醫(yī)療保健中的挑戰(zhàn)和實現(xiàn)之前難以完成的需求。
恰如趙選賀在回答記者的采訪中提到的，這一研究有望造福許多患者和家庭，尤其是缺乏優(yōu)秀醫(yī)生的邊遠(yuǎn)、窮困地區(qū)。他說：
“中風(fēng)是全球?qū)е滤劳龅奈宕笤蛑?，尤其是中國目前人口死亡的頭號誘因，在美國也是致殘的主要原因。而中風(fēng)如果得到及時救治是可能逆轉(zhuǎn)的，尤其如果在前90分鐘左右治療，患者的生存率可能會顯著增加。如果我們能夠在這個‘黃金時段’設(shè)計一種能夠逆轉(zhuǎn)血管阻塞的裝置，我們就可以避免永久性腦損傷。這是我們的希望。然而微創(chuàng)手術(shù)非常考驗醫(yī)生的操作水平，能熟練操作手術(shù)的醫(yī)生數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于病患所需。在偏遠(yuǎn)城市或農(nóng)村地區(qū)，這種現(xiàn)象尤為突出。我們覺得遠(yuǎn)程控制微創(chuàng)手術(shù)機器人，是一個有影響力的方向?！?div style="height:15px;">
這是又一個跨學(xué)科國際合作，移民造福人類的例子。在有旅美華人留學(xué)生、學(xué)者、教授、工程師等等高科技人才被“間諜”指控的陰影籠罩的當(dāng)下大環(huán)境中，趙選賀領(lǐng)銜的團隊，無疑再次向全球展示了華裔科學(xué)家們的聰明才智、對美國以及世界尖端前沿科學(xué)的卓越貢獻，和對人類健康及生活質(zhì)量的開創(chuàng)性突破。
