2023年09月08日发布 | 620阅读

深圳大学附属华南医院杜世伟主任团队在血管介入机器人研究方向取得重大进展

深圳大学附属华南医院神经外科

深圳大学附属华南医院

杜世伟

深圳大学华南医院

徐天添

中国科学院深圳先进技术研究院研究员

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血管介入机器人...


深圳大学附属华南医院神经外科杜世伟主任团队和中国科学院深圳先进技术研究院集成所智能仿生中心徐天添研究员团队合作,在磁驱动连续体微型机器人领域取得新进展。团队提出了一种具有磁驱动主动转向和自主推进能力的磁性介入导丝机器人系统。通过该系统介入医生能远程操控磁性导丝在复杂的血管分叉处快速选择正确路径并到达目标部位,有效减少医生的辐射暴露。团队提出了磁性导丝的建模方法与轨迹规划方法,为磁性导丝的自动控制奠定基础。


研究成果以“A Magnetically Controlled Guidewire Robot System with Steering and Propulsion Capabilities for Vascular Interventional Surgery”为题,发表在智能系统领域权威期刊Advanced Intelligent Systems(JCR一区,影响因子:7.4)。深大华南医院杜世伟主任和先进院徐天添研究员为通讯作者。


论文链接:

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aisy.202300267

DOI: 10.1002/aisy.202300267


科研进展

血管介入手术是在医学影像设备的导引下,利用导丝、导管等器械经血管途径诊疗的操作技术。神经介入手术是治疗各种脑血管疾病的重要手段,对医生经验要求很高。偏远地区的介入医疗资源紧缺。医生需要在造影下观察导丝位置,累积的辐射有损健康。对此,团队提出一种具有磁驱动主动转向和自主推进能力的磁性介入导丝机器人系统,可以协助医生远程操控,或替代医生自动化控制,能有效减少医生的辐射暴露和支援偏远地区。团队在导丝的尖端连接一段磁性水凝胶材料,使医用介入导丝具有磁响应,可在外部磁场的驱动下灵活转向,并通过影像系统反馈位置。团队结合偶极子模型和Cosserat-rod模型,建立了连续体力学模型预测导丝尖端的变形,并开发了轨迹规划算法,根据血管的路径推断外部驱动磁铁的位置轨迹和推进器速度。


图1:磁控导丝机器人系统集成


团队通过磁场表征和转向表征实验,证实提出的模型可以预测并重建导丝尖端的非线性变形。


图2:磁性导丝建模


团队实现了介入导丝的自主控制,根据已知的血管路径,通过磁场控制导丝在血管模型内从穿刺点经过四条不同的路径分别到达大脑中动脉的四个目标位置,到达时间均小于2分钟。团队也实现了介入导丝的远程控制。介入医生在操作间外,在DSA影像的实时引导下远程控制磁性导丝,通过血管模型的右侧内颈动脉到达目标位置,用时大约为2分钟。


图3:磁驱动介入导丝的体外自主运动


图4:磁驱动介入导丝在DSA影像引导下的远程操控


未来,我们将继续研究磁控导丝机器人系统的智能控制,帮助医生更高效、安全地完成介入手术。


该系列研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金(优青,联合重点)、广东省粤深联合重点、中科院青促会、深圳市重点等科技项目资助。


END




专家简介


杜世伟

深圳大学附属华南医院

神经外科主任,卒中中心主任,主任医师,研究生导师,医学博士,神经介入博士后;

国家脑损伤评价医疗质量控制中心颅脑损伤评价质控工作组委员;

中国医师协会神经修复学专业委员会卒中神经修复学组副组长;

中国研究型医院学会脑血管病学专业委员会常务委员/副秘书长/脑出血学组副组长;

广东省医师协会神经介入专业委员会委员;

深圳市医师协会神经外科医师分会副会长;

深圳市医师协会神经外科医师分会神经血管学组组长;

深圳市医师协会脑血管病专业委员会副主任委员;

深圳市医师协会神经肿瘤专业委员会副主任委员;

《Brain Advances》编委;

同时熟练掌握显微开放手术和血管内介入治疗,在神经系统肿瘤及复杂脑脊髓血管病治疗方面经验丰富。


徐天添

中国科学院深圳先进技术研究院研究员

获批国家优青,中科院青促会、广东省青拔等人才项目。主持国自然联合重点项目、科技部重点研发课题、广东省重点、深圳市重点等多项科研项目。在面向靶向治疗的磁驱动微型机器人方向展开长期系统性研究,建立了微型机器人的自主路径规划与协同运动控制方法,研发系统平台并在生物医学方面开展应用研究,多次在机器人与控制领域期刊发表论文,包括IEEE TRO, IEEE T-cyber,IEEE/ASME TMech, IEEE TASE等一区期刊20余篇;发表AM(IF>32)等综合类期刊10余篇;有6篇ESI高被引论文。获IROS2019最佳应用论文奖(1/2494);获吴文俊人工智能自然科学二等奖(第一完成人)、广东省科技进步一等奖、中国自动化学会青年科学家、熊有伦智湖优秀青年学者、深圳市五四青年奖章等。担任IEEE TRO,IEEE TASE,IEEE RAL等多个机器人国际期刊编委。




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