张大妈

SmartBot | 研究文章 | 南开大学秦岩丁、王鸿鹏团队联合澳门大学徐青松团队:双线圈磁控导丝机器人:血管介入导航的平滑转向新方案

源自公众号:SmartBot智能机器人

02-04 18:52

现有血管介入手术中的磁控导丝存在响应过快、操控不稳定的问题,易对血管壁造成损伤。一项新研究提出双线圈磁控导丝机器人方案,通过三种工作模式的协同控制,实现了导丝头端的平滑转向与稳定推进,为提升手术安全性与智能化水平提供了关键技术支撑。

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  • 双线圈设计融合了外部永磁体与内部线圈驱动的优势。

  • 系统具备双吸引/排斥和勺形三种模式,适配不同操控需求。

  • 勺形模式能实现平滑曲率过渡,显著降低血管壁损伤风险。

  • 实验证明线圈在生理流速下持续工作,温度保持在安全范围。

  • 体外主动脉弓模型实验验证了其在复杂路径中的导航能力。

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该技术的核心创新在于将宏观磁场控制与微观线圈驱动相结合,实现了多种操控模式的灵活切换与精准控制。

技术挑战

传统磁控导丝采用永磁体头端,直接驱动下响应敏感,在远端细小血管中易出现瞬态运动过快和偏转不稳定,增加血管壁损伤风险。为解决此问题,研究团队提出了一种双线圈磁控导丝新方案。该方案在导丝头端轴向串联两个微型线圈,结合外部永磁体驱动平台,实现了宏观磁场下的快速、解耦微调,为高精度控制奠定了基础。

多模式操控

基于双线圈的独立驱动,该系统可切换三种工作模式。双吸引与双排斥模式通过同向电流产生强磁矩,用于实现导丝头端的大角度快速偏转,并能有效传递轴向推送力,降低导丝屈曲风险。而勺形模式通过差动控制,产生渐进连续的曲率变化,特别适用于血管分叉处的精细转向,能显著减少对血管壁的压迫。

实验验证

通过系统的实验测试,该方案的性能与安全性得到验证。在接近体温的流体环境中,线圈以1000 mA电流持续工作60秒,温度仅上升0.6℃,最高温37.1℃,证实了热安全性。偏转测试显示,双吸引/排斥模式可实现90°偏转,勺形模式提供更平滑的60°相对角弯曲。在90°弯管对比实验中,勺形模式的轨迹平顺性明显优于单线圈模式。

临床潜力

为贴近真实应用场景,研究在主动脉弓血管模型中进行了导航实验。实验采用分阶段策略:宏观路径对准时使用双吸引/排斥模式进行快速调整,接近分叉口时切换至勺形模式实现平滑进入。该策略成功验证了导丝在复杂解剖路径中进行连续、稳定轨迹调整与选择性插管的能力,展现出良好的临床应用潜力。

双线圈磁控导丝机器人通过创新的模式化控制,有效解决了血管介入导航中的稳定性与安全性难题。该方案为开发更智能、更安全的手术机器人系统奠定了基础。未来,随着技术的进一步微型化和与实时感知的深度融合,机器人辅助血管介入手术有望实现更高精度的闭环控制,进一步降低对医生经验的依赖。

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