內(nèi)窺鏡腦機(jī)器人的手臂直徑為2.8毫米，完全伸展時(shí)長(zhǎng)為35毫米。它們共同提供了一個(gè)直徑為 43 毫米的工作空間。[圖片由波士頓兒童醫(yī)院提供]
Pierre DuPont說(shuō)，訣竅是使用空心的鎳鈦合金機(jī)器人手臂，讓神經(jīng)外科醫(yī)生在腫瘤切除手術(shù)中交換工具。他是波士頓兒童醫(yī)院（Boston Children's Hospital）小兒心臟生物工程系主任，也是一篇新研究論文的通訊作者，該論文詳細(xì)介紹了雙臂神經(jīng)內(nèi)窺鏡機(jī)器人的潛在優(yōu)勢(shì)。
在接受Medical Design & Outsourcing采訪時(shí)，杜邦將雙合診神經(jīng)內(nèi)窺鏡項(xiàng)目追溯到2016年左右與多倫多SickKids神經(jīng)外科主任Jim Drake博士的對(duì)話。杜邦一直在尋找手術(shù)機(jī)器人的臨床相關(guān)應(yīng)用，并專注于神經(jīng)外科。德雷克（Drake）提出了手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)的兩個(gè)主要要求，以幫助切除小兒腦瘤：套管針尖端的大工作空間以及在保持機(jī)械臂就位的同時(shí)交換工具的能力。
杜邦記得德雷克告訴他，“我想把我的胳膊放在那里，我的瞄準(zhǔn)鏡放在那里——我不想移除任何這些東西。太危險(xiǎn)了，我只希望能換個(gè)工具。我可能有六種不同類型的鑷子，六種不同類型的剪刀，雙極鑷子來(lái)控制出血。而且我不想在交換這些東西時(shí)移動(dòng)任何東西。
開發(fā)機(jī)械臂
內(nèi)窺鏡機(jī)器人可以提高腦腫瘤切除的安全性和有效性。[插圖由波士頓兒童醫(yī)院提供]
“我們需要使用基本上是空心的手臂，”杜邦說(shuō)?！坝幸恍┘夹g(shù)可以為您提供：像可操縱導(dǎo)管一樣的肌腱驅(qū)動(dòng)，與機(jī)器人支氣管鏡中使用的技術(shù)相同。然后是另一項(xiàng)技術(shù)——同心管機(jī)器人，這是我在波士頓大學(xué)時(shí)開發(fā)的東西，其他人也以同時(shí)期的方式研究它。
這些同心管由鎳鈦合金制成并預(yù)彎曲，曲率設(shè)置利用鎳鈦合金的超彈性。
“當(dāng)你將一個(gè)滑入另一個(gè)時(shí)，如果曲率彼此相反，它們就會(huì)相互拉直，”杜邦說(shuō)。“然后，如果你只是旋轉(zhuǎn)它們，它們就會(huì)變成彎曲的形狀，這樣你就會(huì)得到這個(gè)喇叭形的工作空間，你可以圍繞它旋轉(zhuǎn)?！?/p>
預(yù)彎曲的鎳鈦合金管具有足夠的剛度，可以承受手術(shù)的力量而不會(huì)屈曲，從而為外科醫(yī)生提供更多的工作空間。
“這里的技術(shù)飛躍在于我們?nèi)绾沃圃炀哂懈蠊ぷ骺臻g的同心管機(jī)器人，使它們從左到右彎曲得更多，但又能完美平衡?！嬲南拗剖枪ぷ骺臻g的大小，因此我們開發(fā)了一種技術(shù)來(lái)增加這種大小，“杜邦說(shuō)。
解決方案是在鎳鈦合金管上激光切割圖案。這種方法被認(rèn)為可以提高穩(wěn)定性，但杜邦的團(tuán)隊(duì)還利用在管壁上切出的菱形孔來(lái)擴(kuò)大神經(jīng)外科醫(yī)生可以工作的領(lǐng)域。
“我們發(fā)現(xiàn)，如果我們以正確的方式對(duì)管子進(jìn)行激光圖案化，而不是使用實(shí)心管，我們可以用更緊密的曲率預(yù)先彎曲它們，而不會(huì)使它們屈曲。我們還可以使用這種模式來(lái)控制管子的相對(duì)剛度，“杜邦說(shuō)?！爱?dāng)你有這兩根管子，曲率相互爭(zhēng)斗時(shí)，如果它們不完全相等，東西就不會(huì)是直的，它會(huì)有點(diǎn)彎曲，然后你的工作空間中間就會(huì)有一個(gè)洞。因此，通過(guò)控制這種模式，我們可以安排它，使它們完全理順。
測(cè)試腦機(jī)器人的系統(tǒng)
機(jī)器人內(nèi)窺鏡有一個(gè)直徑為 2.4 毫米的抽吸/沖洗通道，用于去除腫瘤碎片，而直徑為 4.2 毫米的帶 LED 照明的芯片攝像頭使外科醫(yī)生可以看到手術(shù)過(guò)程。[插圖由波士頓兒童醫(yī)院提供]
“目前，90%的手術(shù)都是以開放手術(shù)的形式進(jìn)行的。你通過(guò)顯微鏡觀察，你把好的大腦推開，到達(dá)壞的大腦。然后內(nèi)窺鏡，你正在做這種單手、一種工具類型的移除，“杜邦說(shuō)。“有了機(jī)器人，你就得到了兩全其美的東西：用于開放手術(shù)的雙臂和各種工具，但（侵入性）最小。”
杜邦還在心臟外科領(lǐng)域從事基于導(dǎo)管的瓣膜修復(fù)等手術(shù)，因此當(dāng)他想測(cè)試其中一種設(shè)備時(shí)，他會(huì)前往動(dòng)物實(shí)驗(yàn)室的豬心臟。
“豬的心臟和人類一樣大，但對(duì)于大腦來(lái)說(shuō)，這并不真正存在。而且我不想用黑猩猩或狗或其他任何東西做[測(cè)試]，“杜邦說(shuō)。
取而代之的是，他們?cè)O(shè)計(jì)了一套技能任務(wù)——就像那些用來(lái)培訓(xùn)和鑒定腹腔鏡外科醫(yī)生的任務(wù)一樣——來(lái)評(píng)估他們的原型，使用成熟的香蕉來(lái)模仿腦腫瘤。
“大腦中的腫瘤可以有各種一致性。其中一些非常柔軟，您實(shí)際上可以將它們吸出。其他的需要被撕裂 - 它們是纖維狀的，“杜邦說(shuō)?！爱?dāng)我們?cè)噲D提出腫瘤的模型時(shí)，我們?nèi)チ穗s貨店的農(nóng)產(chǎn)品部門，我們只買了每一種水果。我們嘗試了草莓和藍(lán)莓。我們需要一些能夠保持一致的東西。事實(shí)證明，香蕉是首選的水果。