师从微小尺度机器人先驱，中国学者研发新型支架状软体医疗设备

　　他叫王添路，本科毕业于哈尔滨工业大学，随后前往瑞士苏黎世联邦理工大学读研。目前，王添路在硕士同校以及马克斯普朗克智能系统所读博，预计今年年末毕业。师从世界著名微小尺度机器人先驱梅廷·西蒂（Metin Sitti）教授。
　　图 | 王添路和导师梅廷·西蒂（来源：马克斯普朗克智能系统研究所）
　　近日，他和所在课题组利用无线磁控的软体机器人，针对在微创手术中导丝或导管很难达到远端血管执行治疗的问题，提供了一种可靠的解决方案。
　　在临床手术中，基于导丝、导管的微创手术方案，已经体现出非常明显的优势，例如更小的创面、更快的愈合时间、更小的术后感染率和术后并发症几率等。
　　这种手术方案已被用于心血管、脑血管、以及外周血管的疾病治疗，例如局部药物递送、支架植入、血管成形和血管栓塞等。
　　在手术进行时，医生要将一根细而长的导管，从上肢或下肢通过切口送入人体，并在 X 光成像下经过动脉系统，将导管递送到目标位置。
　　然而，位于远端的血管例如位于大脑外侧的大脑中动脉的皮层支，因其更远的递送距离、更大的曲折度、以及更薄的血管壁构成，导致当下依然很难凭借导丝、或导管实现有效的触达。
　　如果强行送入，会造成血管破裂等严重并发症。与此同时，远端动脉附近有很多危及生命的疾病，例如脑瘤、血管瘤、血管堵塞、动静脉畸形等。
　　其中，最为恶性的脑瘤一般都存在于该区域。因此，一种能有效、顺利地到达远端区域，并执行医疗功能的设备是非常必要的。
　　为此，该团队基于磁控软体机器的优越性，例如无线驱动的特性、以及与人体交互的安全性，设计了毫米尺度的支架状软体医疗设备——Stentbot。
　　（来源：Nature Communications）
　　研究中，课题组利用外部三维磁场控制，即通过机械臂的空间运动与末端旋转的永磁铁、以及支架状的特殊设计，让 Stentbot 能在不同直径的管腔下，进行自适应的形状变化，从而可以顺流于或逆流于脉动流有效运动。此外，其还能被精准控制，从而具备通过分支、以及弯曲路径的能力。
　　逆流运动的重要性在于，当医疗功能执行完毕后，这款软体医疗设备可以离开目标区域，进而被予以回收。更重要的是，Stentbot 的自适应变形实现了其在高速管流下的＂自锁＂能力。即使外部磁场撤离，Stentbot 也能锚定在局部位置执行医疗功能。
　　在体外动物器官实验中，该设备的运动能力已经得到证实。在已有运动能力系统实验和理论建模的基础上，该团队已经实现如下两种医疗功能：分别是用于治疗血栓的局部药物递送、以及用于治疗血管瘤的血液分流。相关实验，也证明了这些功能的可行性。
　　（来源：Nature Communications）
　　近日，相关论文以《自适应无线微型机器人运动进入远端脉管系统》（Adaptive wireless millirobotic locomotion into distal vasculature）为题，发表在   Nature Communications   上。
　　王添路担任第一作者，马克斯普朗克智能系统研究所物理智能部胡文琪（ HuWenqi）博士以及梅廷·西蒂教授担任共同通讯作者。评审专家认为，此次基于小尺度磁控设备的治疗方法，具备很高的创新性与前景。
　　在立项之初，课题组的目标在于利用小尺度磁控软体医疗机器人/设备，来解决一些实际性临床问题。王添路表示：＂我们课题组的交叉学科氛围，为此次项目提供了很好的契机。通过与组内具备生物医疗背景的同事、以及和合作医院医生的交流，我们很快确定了研究方向——即面向远端血管做探索。＂
　　随后，针对目标区域的生理特征与需求，例如适用区域的血管的管径大小、流量情况、几何形状等，该团队开始进行相关设计，最终确定了毫米级别软体医疗设备的形式。
　　基于这种形式，他们又设计出三维空间内的无线磁驱方案。针对这些方案，课题组先是在一些由聚合物制成的医疗假体系统中进行测试，并在动物体外器官中确认。
　　接下来，其又根据实验现象开展理论建模与分析，借此探索该设备在特种环境下的运动机理与功能机理，后又对设备做了进一步迭代。此次成果的目标与主要应用前景在于：进入远端血管并用于治疗多种潜在疾病，例如血栓、血管瘤、脑瘤等。
　　（来源：Nature Communications）
　　王添路表示：＂我们的软体设备设计、以及整体的机器人磁控系统设计，均面向上述目标。基于当前工作，我们已经提交了两份专利申请。期待在不久的将来，能将这项技术进行成果转化。＂
　　同时，他还表示自己所在的课题组，目前的一个大方向是打造面向医疗应用的小尺度磁控软体机器人。
　　＂为此，我们时常要和来自医院的合作者交流。期间我发现面对同样的科学问题和实验现象，不同领域的人会有不同的解读。比如，在评估每一款新兴医疗产品时，真正临床操作的医生会更倾向于用概率的方式去衡量，并会考虑病人的个体差异，讲究具体情况、具体分析。＂王添路说。
　　（来源：Nature Communications）
　　而他和同事作为科研人员，更多会在一个广泛的范围内，来说明当前成果相比之前的优越性。总而言之，在跨学科交叉的大背景下，对研究方向分别做以具体和广泛的讨论，可以激发更多新想法。
　　目前，王添路正和同事开展后续工作，主要目标之一在于：在更真实的环境中，测试本套系统的可行性与优越性。
　　参考资料：
　　1.Wang, T., Ugurlu, H., Yan, Y. et al. Adaptive wireless millirobotic locomotion into distal vasculature.  Nat Commun  13, 4465 (2022). https://doi.org/10.1038/s41467-022-32059-9