波士顿大学团队的设备为更安全、更有效的替代心脏停止手术扫清了道路
帕特里克·l·肯尼迪
它是世界头号杀手。根据世界卫生组织的数据，每年有近1800万人死于心血管疾病。这包括心律失常、瓣膜紊乱、冠状动脉疾病和心力衰竭。
这些疾病大多需要进行风险较大的开胸手术，包括暂时停止心脏跳动。作为替代方案，微创手术有一些希望，但几个关键的挑战使其对外科医生来说更加困难，也不那么有效。
托马索·兰扎尼助理教授（ME、BME、MSE）实验室的博士生雅各布·罗加廷斯基（Jacob Rogatinsky）说：“我们正试图用软机器人技术来缓解这些挑战。”
Ranzani和Rogatinsky开发了一种毫米级的多功能软机器人，它克服了阻碍微创心脏手术的三个障碍。他们最近在《科学进展》（Science Advances）杂志上发表了他们的澳门威尼斯人注册网站研究结果（该杂志的封面上有这种设备），他们的同事们来自波士顿大学的乔巴尼亚和阿维迪安医学院和波士顿儿童医院。Rogatinsky是第一作者。
在微创手术中，外科医生在离心脏一定距离的地方做一个切口，比如在大腿的股静脉上，然后将一根只有几毫米宽的长导管穿过血管进入心脏。“把它想象成一根松软的泳池面条，你在血管里戳来戳去，扭来扭去。它相当笨拙，”罗加廷斯基说。
这种微小的尺寸一旦进入相对更大的心脏，就不允许一个非常强大的工具，那里有更多的工作空间。此外，在微创手术中，心脏仍在跳动。“墙壁在移动，你的血液在不停地流动，”罗加金斯基说。“很难保持心脏内部的稳定。”
最后，外科医生试图从另一端操纵导管的尖端——例如，修复瓣膜或运送支架——有点像试图在橡皮擦旁边拿着铅笔写字。“你的设备使用时间越长，传输力就会减少，”罗加廷斯基说。“你不可能像拿着设备（靠近尖端）那样灵巧。”
在三年的时间里，根据儿童医院和乔巴尼亚&阿雷迪斯学校的临床医生和心血管外科医生的反复反馈，兰扎尼实验室的工程师们开发了一个更好的系统。他们为导管配备了两项关键改进：一个软机器人操纵器，可以安全、精确地引导手术器械到达目标部位；还有一个稳定装置，可以将仪器固定在进入心脏的位置。总之，这些创新使外科医生能够在心脏像往常一样泵出时，以所需的力量和灵活性远程操作。
它可以挤进一个非常小的包裹里，然后部署在心脏里，所以你有一个更大的机器人的好处，它有更大的力量和更高的可达性，但不会影响通过一个非常小的入口。”托马索Ranzani
整个系统是可折叠和可扩展的。从外科医生的角度来看，新设备的操作与现有设备非常相似。
该团队在体外和离体试验中成功地在两种不同类型的心脏手术——起搏器导联放置和三尖瓣修复中展示了该设备，他们正在进行几轮活体动物模型试验。
这项工作结合了材料、制造、机器人、电子和生物医学工程。“软机器人本质上是一个非常多学科的新兴领域，”兰扎尼说。“我们必须同时考虑很多方面，才能使这项工作取得成功。”
最终，Ranzani和Rogatinsky希望他们的设备能够使目前缺乏此类设备的医院能够使用机器人辅助手术。“这是一个非常便宜的系统，”Ranzani说。“我们非常有兴趣探索它作为农村地区和国家的低成本但仍然有效的替代方案，这些地区和国家无法获得我们在波士顿拥有的所有优质设施。”