由多伦多大学牵头联合加拿大病童医院开展的研究项目，成功开发出直径约3毫米的微型神经外科手术工具，该工具通过外部磁场驱动，为侵入性更小的脑部手术提供了新途径，详细阐述了其原理、优势以及目前面临的临床应用挑战。
3月31日有消息传来，在传统的脑部手术里，医生往往得移除部分头骨，才能够接触到那些难以抵达的脑部区域或者肿瘤。这种手术方式存在诸多弊端，它侵入性强，意味着对患者身体的伤害较大；风险高，可能引发一系列并发症；而且患者恢复时间漫长，需要承受更多的痛苦和经济负担。不过，一项全新的技术突破有望彻底改变这一令人头疼的现状。
由多伦多大学牵头，与加拿大病童医院（SickKids）联合开展的研究项目，取得了令人瞩目的成果。他们成功研发出一套直径仅仅约3毫米的微型神经外科手术工具。这套工具十分神奇，它能够模拟外科医生的灵巧动作，可以精准地夹持、拉动和切割身体组织。这无疑为侵入性更小的脑部手术提供了全新的工具，给脑部手术领域带来了新的希望。相关研究论文已经发表在近日出版的《科学・机器人》杂志上。
据了解，在过去的几十年中，直径约8毫米的机器人手术工具已经在人体其他部位的微创手术中得到了广泛应用。然而，想要把工具缩小至适合神经外科手术的3毫米直径，却一直是该领域难以攻克的技术瓶颈。
此次研发的微型工具，采用了外部磁场驱动的方式，而非传统的电机驱动，成功实现了这一关键突破。传统的机器人手术工具依赖连接到电动机的电缆，其工作原理就像人类手指一样，通过手腕处的肌肉和手部的肌腱进行操控。但是，当需要把工具缩小到几毫米时，这种设计就面临着诸多棘手的挑战。比如小型滑轮的强度不足，在使用过程中容易出现摩擦、拉伸和断裂等问题，这使得工具的微型化变得异常困难。
新开发的机器人手术系统主要由两部分构成。一部分是微型手术工具，其中包括抓取器、手术刀和镊子；另一部分是“线圈手术台”，也就是在手术台上嵌入多个电磁线圈。
在手术过程中，患者的头部会被放置在嵌入线圈的手术台上，微型工具通过一个小切口插入脑部。医生可以通过调节线圈中的电流，精准地操控磁场，从而让工具实现抓取、拉动或者切割组织的动作。
在传统的开颅手术中，医生要依靠自己灵活的手腕来转动工具，倾斜其尖端，以此来接触到脑部深处的区域，例如移除大脑中央腔内的肿瘤。而这种新型的机器人神经外科工具能够通过“腕部”运动来模拟这一操作，其灵活性和精准度达到了令人瞩目的程度。
在临床前试验中，研究人员模拟了脑组织的机械特性，使用豆腐和树莓等材料放置在大脑模型中进行测试。实验结果非常喜人，磁控手术刀切割的切口一致且狭窄，平均宽度仅仅为0.3 – 0.4毫米，相比传统手工工具切割的切口（宽度范围为0.6 – 2.1毫米），要精准得多。抓取器的成功抓取率也达到了76%。
尽管微型机器人手术工具在实验中表现得十分出色，但要将其应用于临床，仍然需要经历一个漫长的过程。开发医疗设备，尤其是手术机器人，通常需要数年甚至数十年的时间。
这项研究是多伦多大学Eric Diller教授领导的多年研究项目的一部分，他是磁驱动微型机器人领域的专家。目前，研究团队正全力以赴确保机器人手臂和磁控系统能够舒适地安装在医院手术室中，并且让它们与荧光镜等成像系统兼容，后者是利用X射线进行成像的。只有在完成这些步骤之后，这些工具才有望进入临床试验阶段。
本文介绍了多伦多大学联合加拿大病童医院研发的直径约3毫米的微型神经外科手术工具，该工具通过外部磁场驱动，在临床前试验中展现出高精准度等优势，但从实验到临床应用仍需漫长过程，研究团队正努力解决安装和兼容性等问题，为未来脑部手术带来新可能。
