马普(马普所与西交大研发微创柔性工具，为血管内手术器械赋予眼睛功能)

通过微导管进行的微创血管内手术为治疗各种血管疾病提供了新的介入机会，尤其是伴随着血管管腔内部形态变化的疾病。正确了解血管内形态的细节有利于对疾病进行精确定位、准确诊断，并进一步及时制定合适的治疗方案和进行适当的治疗。

然而，由于造影剂扩散不均匀和成像导管难以安全递送等限制，目前的医疗成像技术难以检测到病变的细微特征。作为典型的例子，临床上很难检测堵塞血管内部的详细形态，例如由于脂肪沉积导致的血管狭窄（stenosis）和由于严重的斑块堆积导致的血管慢性闭塞（chronic total occlusion，CTO），这可能会延迟对患者的及时干预和治疗。

图丨造影剂成像下的血管狭窄和 CTO（来源：Science Advances）

在过去几十年里，微加工技术和柔性材料的发展极大的促进了具有出色运动能力和对复杂环境具有优异适应性的软体机器人工具的发展，二者的结合也为医疗设备的发展提供了新的机会。基于此，西安交通大学和德国马普所联合培养的博士生闫英博和所在团队，尝试并验证了使用软体机器人方法对血管内病变详细形态进行可视化的可行性。

该团队提出了一种应用于微创手术中可视化堵塞血管内部形态的柔性工具，该工具主要包括两个功能段：磁性主动变形段 (active deformation segment，ADS) 和流体驱动前进段 (fluid drug-driven segment，FDS)。

图丨柔性工具的两个功能段及其工作原理（来源：Science Advances）

ADS 通过可提供均匀磁场的振动样品磁力计进行了磁化曲线预编程。在外部磁场作用下，其可以变形为正弦形状。由于良好的适应性特征，变形的 ADS 可以自适应于周围环境并成为各种形状。因此，通过连续监测 ADS 沿管腔轴向移动时的形状变化可以了解血管内狭窄的详细形态信息，这有利于后续治疗中支架，球囊等医疗工具的设计和放置。

FDS 的制作使用了光刻技术以及铸模技术。其侧面的梁结构在流体曳力的作用下会发生弯曲并带动着整个工具发生移动。借由流场变化，FDS 可以将整个工具带到流速最高的区域。因此，在前进的同时了解 FDS 的位置可以确定 CTO 内微通道（200um 左右）的位置和路线，这有利于后续介入式治疗中医疗导丝的安全递送。

图丨柔性工具的无线工作模式（来源：Science Advances）

除了结合医疗导管以有线的方式实现微创式血管内部形态检测以外，考虑到现有医疗工具难以进入并检测位于人体远端区域（例如大脑）的血管，通过结合可用于远端血管系统内运动和医疗功能的无线机器人 Stentbot[1]，论文还给出了柔性工具的一种无线工作模式，为临床上医疗成像工具难以到达区域的疾病检测提供了新的解决方案。

日前，相关论文以《磁辅助微工具用于检测堵塞管腔形态》（Magnetically assisted soft milli-tools for occluded lumen morphology detection）为题发表在 Science Advances[2]。

图 | 相关论文（来源：Science Advances）

西安交通大学和德国马普智能系统所联合培养博士生闫英博，马普智能系统所博士后王添路是论文的共同第一作者，马普智能系统所 Hu wenqi 博士和 Metin Sitti 教授担任共同通讯作者。

图 | 相关论文（来源：Science Advances）

审稿人评价称，这篇论文的创新之处在于，使用了一种微创柔性工具，通过磁场改变形状，将内壁的结构信息发送到外部。与现有技术相比，该工具最主要的优势是有着非常先进的检测能力；该类型的血管介入工具还具有整合其他功能的优势，例如闭塞处的药物洗脱或球囊膨胀，这将有利于操作者在成像的同时治疗闭塞；论文给出了一种非常巧妙的绘制管腔边界形态的技术，有利于为其他技术提供更多的定量测试基准。

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

2.Yan, Y., Wang, T., Zhang, R., et al. Magnetically assisted soft milli-tools for occluded lumen morphology detection. Sci. Adv. 9, eadi3979 (2023). https://doi.org/10.1126/sciadv.adi3979