微创机器人在活体大脑中植入了一种新的灵活、可操控的装置

伦敦帝国理工学院的科学家们首次成功地将一根生物引导导管插入动物的大脑。

　　

早期研究在两只羊身上测试了新型植入式导管设计的输送和安全性，以确定其在诊断和治疗脑部疾病方面的潜力。

如果证明该平台对人类的使用是有效和安全的，那么该平台可以简化和减少诊断和治疗大脑深层、脆弱的大脑深处疾病的相关风险。

它可以帮助外科医生更深入地观察大脑以诊断疾病，更精确地对肿瘤进行药物和激光消融等治疗，并更好地在帕金森症和癫痫等疾病中部署电极进行脑深部刺激。

帝国理工大学机械工程系的资深作者费迪南多·罗德里格斯·巴埃纳教授领导了欧洲的这项研究，他说:“大脑是一个脆弱而复杂的网络，神经细胞紧密相连，每个细胞都有自己的作用。”当疾病出现时，我们希望能够在这种微妙的环境中导航，在不伤害健康细胞的情况下精确地瞄准这些区域。

“我们新的精确、微创平台在现有技术的基础上进行了改进，如果被证明是安全有效的，可以提高我们安全有效地诊断和治疗人类疾病的能力。”

作为2020年神经外科增强传输生态系统(EDEN2020)项目的一部分，该研究结果发表在《公共科学图书馆·综合》上。

隐形手术

该平台在现有的微创或“锁眼”手术的基础上进行了改进，在这种手术中，外科医生通过身体的小切口放置微型摄像机和导管。

它包括一个柔软、灵活的导管，以避免在进行治疗时损伤脑组织，以及一个人工智能(AI)支持的机械臂，以帮助外科医生在脑组织中导航导管。

这种导管的灵感来自于寄生蜂在树皮上偷偷产卵的器官，由四个相互连接的部分组成，它们相互滑动，以实现灵活的导航。

它连接到一个结合了人类输入和机器学习的机器人平台，仔细地引导导管到达疾病部位。然后，外科医生通过导管输送光纤，这样他们就可以通过操纵杆控制看到并操纵尖端沿脑组织移动。

人工智能平台从外科医生的输入和脑组织内的接触力中学习，以精确地引导导管。

与传统的“开放式”手术技术相比，这种新方法最终可能有助于减少手术过程中的组织损伤，并提高患者的康复时间和术后住院时间。

在对大脑进行微创手术时，外科医生使用深度穿透导管来诊断和治疗疾病。然而，目前使用的导管是刚性的，如果没有机器人导航工具的帮助，很难精确放置。导尿管的不灵活性，加上大脑复杂、微妙的结构，意味着导尿管很难精确放置，这给这类手术带来了风险。

为了测试他们的平台，研究人员在米兰大学兽医学院的两只活羊的大脑中放置了导管。在实施安乐死之前，这些羊被给予疼痛缓解，并在一周内每天24小时监测疼痛或痛苦的迹象，以便研究人员检查导管对脑组织的结构影响。

他们没有发现导管植入后疼痛、组织损伤或感染的迹象。

同样来自帝国理工学院机械工程系的首席作者Riccardo Secoli博士说:“我们的分析表明，我们安全地植入了这些新的导管，没有损伤、感染或痛苦。如果我们在人类身上取得同样有希望的结果，我们希望能在四年内在临床中看到这个平台。

“我们的发现可能会对微创、机器人输送的脑部手术产生重大影响。我们希望它将有助于提高当前神经外科手术的安全性和有效性，在需要精确部署治疗和诊断系统的情况下，例如在局部基因治疗的情况下。”

来自米兰大学的研究合著者洛伦佐·贝罗教授说:“目前MIS的一个关键限制是，如果你想通过头骨上的一个钻孔到达一个较深的部位，你会被限制在直线轨迹上。刚性导管的局限性在于它在大脑移动组织中的准确性，以及它可能引起的组织变形。我们现在发现，我们的导尿管可以克服这些限制。”

本研究由欧盟地平线2020项目资助。