技(ji)術(shu)文章

當(dang)前(qian)位(wei)置(zhi)：首頁技(ji)術(shu)文章港中大+港理工聯(lian)合研(yan)發亞(ya)毫(hao)米(mi)磁(ci)控(kong)微導(dao)管(guan)新技(ji)術(shu)，破(po)解(jie)血(xue)管內精(jing)準介(jie)入(ru)難題

港中大+港理工聯(lian)合研(yan)發亞(ya)毫(hao)米(mi)磁(ci)控(kong)微導(dao)管(guan)新技(ji)術(shu)，破(po)解(jie)血(xue)管內精(jing)準介(jie)入(ru)難題

更新時間：2025-07-10

點(dian)擊次(ci)數(shu)：520

現(xian)有(you)的(de)導(dao)管(guan)技(ji)術(shu)在(zai)微小且復(fu)雜的(de)血(xue)管系(xi)統中存(cun)在(zai)進入(ru)困(kun)難、操(cao)作效率(lv)低以及(ji)對血(xue)管組(zu)織損傷風(feng)險(xian)較高等(deng)問題，限制(zhi)了(le)內血(xue)管治(zhi)療的廣(guang)泛(fan)應(ying)用和(he)效果(guo)提升(sheng)。盡(jin)管(guan)微導(dao)管(guan)已成為(wei)神經血(xue)管、心血(xue)管等(deng)微細血(xue)管的(de)靶向介(jie)入(ru)治(zhi)療的重要(yao)工具(ju)，但(dan)由於(yu)血(xue)管結(jie)構復雜和(he)血(xue)流環境惡劣，傳統微導(dao)管(guan)難以實現精(jing)準操(cao)控與多(duo)功(gong)能治療。因此，開(kai)發壹種能夠(gou)實現精(jing)確導(dao)航(hang)、有(you)效治(zhi)療且具(ju)有(you)良(liang)好(hao)組織(zhi)兼容(rong)性的微導(dao)管(guan)系統成(cheng)為(wei)實際臨床需(xu)求(qiu)的(de)迫(po)切(qie)方(fang)向，為(wei)卒(zu)中、動(dong)脈閉塞等(deng)血(xue)管疾(ji)病的微創(chuang)治(zhi)療提供(gong)新的技(ji)術(shu)支持(chi)。

近(jin)期，香港中文大學機械與(yu)自(zi)動(dong)化工程(cheng)學系張(zhang)立教(jiao)授團隊與(yu)香(xiang)港(gang)理工(gong)大學楊立(li)冬助理(li)教(jiao)授聯(lian)合香(xiang)港(gang)中文大學醫學院內科(ke)及(ji)藥(yao)物治(zhi)療學系腦(nao)神經科(ke)助理(li)教(jiao)授葉耀明(ming)醫生、香港(gang)中(zhong)文大學醫學院內科(ke)及(ji)藥(yao)物治(zhi)療學系利國偉(wei)腦神經學教(jiao)授及(ji)腦(nao)神經科(ke)主(zhu)任梁慧康(kang)教(jiao)授在(zai)《Science Advances》期刊上在(zai)線發表(biao)題(ti)為(wei)“A magnetically actuated microcatheter with soft rotatable tip for enhanced endovascular access and treatment efficiency" 的原(yuan)創(chuang)性論著(zhu)。香港(gang)中文大學機械與(yu)自(zi)動(dong)化系博(bo)士(shi)後(hou)張(zhang)沫(mo)艽博士(shi)為(wei)論文第壹作者，香(xiang)港理(li)工(gong)大學楊立(li)冬助理(li)教(jiao)授，香港(gang)中(zhong)文大學醫學院內科(ke)及(ji)藥(yao)物治(zhi)療學系腦(nao)神經科(ke)助理(li)教(jiao)授葉耀明(ming)醫生、香港(gang)中(zhong)文大學醫學院內科(ke)及(ji)藥(yao)物治(zhi)療學系利國偉(wei)腦神經學教(jiao)授及(ji)腦(nao)神經科(ke)主(zhu)任梁慧康(kang)教(jiao)授和香(xiang)港(gang)中(zhong)文大學機械與(yu)自(zi)動(dong)化系張(zhang)立教(jiao)授為(wei)論文共(gong)同(tong)通訊作者。

該(gai)研(yan)究提出(chu)了(le)壹種基於(yu)3D打(da)印技(ji)術(shu)制(zhi)造(zao)的(de)亞毫(hao)米級(ji)磁(ci)控(kong)軟(ruan)旋(xuan)轉微導(dao)管(guan)，成功實現了在(zai)狹窄復雜血(xue)管中(zhong)的高精(jing)度(du)導(dao)航(hang)與(yu)多(duo)功(gong)能壹體(ti)化治療。通過采用3D打(da)印工藝精(jing)確構(gou)建低剛(gang)度(du)且(qie)可(ke)旋(xuan)轉(zhuan)的(de)螺(luo)旋柔性導(dao)管(guan)頭部，實現了柔性材料(liao)與微尺(chi)度(du)結(jie)構(gou)的(de)有機結(jie)合，不僅提升(sheng)了(le)導(dao)管(guan)的可(ke)控(kong)性和安全(quan)性，還(hai)顯(xian)著(zhu)增強(qiang)了藥(yao)物與(yu)血(xue)栓(shuan)的作用效(xiao)率及(ji)機(ji)械血(xue)栓(shuan)破碎能(neng)力(li)，為(wei)血(xue)管介(jie)入(ru)手(shou)術(shu)中(zhong)的(de)微創(chuang)治(zhi)療提供(gong)了高效(xiao)且創(chuang)新的技(ji)術(shu)方(fang)案，推動(dong)了軟體(ti)醫療機器(qi)人(ren)在(zai)臨床中的應用轉(zhuan)化。

該(gai)磁(ci)控(kong)軟(ruan)旋(xuan)轉微導(dao)管(guan)的制(zhi)作過程(cheng)基(ji)於(yu)結合3D打(da)印與翻模工(gong)藝(yi)，首先(xian)利用摩(mo)方(fang)精(jing)密(mi)面投(tou)影微立體(ti)光刻（PμSL）3D打(da)印技(ji)術(shu)制(zhi)造(zao)出(chu)導(dao)管(guan)頭部的(de)模(mo)具(ju)，實現復雜螺(luo)旋結(jie)構的(de)精(jing)細成形(xing)。隨後(hou)采用軟(ruan)性矽膠材(cai)料（PDMS）進(jin)行(xing)倒(dao)模(mo)成型，得(de)到低剛(gang)度(du)且(qie)具(ju)有(you)旋轉(zhuan)能(neng)力(li)的螺(luo)旋形(xing)導(dao)管(guan)外殼(ke)，該(gai)設(she)計有(you)效避(bi)免了(le)傳統硬(ying)質結(jie)構(gou)對血(xue)管壁的硬(ying)性接(jie)觸(chu)，提升(sheng)了(le)血(xue)管組(zu)織的安全(quan)性。導(dao)管(guan)內部嵌(qian)入(ru)磁(ci)鐵(tie)和(he)微型球(qiu)形關(guan)節(jie)，實現導(dao)管(guan)頭部的(de)三維旋轉(zhuan)自由度(du)。整(zheng)個微導(dao)管(guan)的外徑(jing)控(kong)制(zhi)在(zai)800微米以內，兼具(ju)足夠的推(tui)送(song)力(li)和柔性，能夠(gou)適應血(xue)管的(de)復雜曲折結(jie)構(gou)（圖(tu)1）。

圖(tu)1. 亞毫(hao)米(mi)級(ji)磁(ci)控(kong)微導(dao)管(guan)的加(jia)工方(fang)法。

在(zai)導(dao)航(hang)實驗中，利用機(ji)器(qi)人(ren)臂控(kong)制(zhi)的(de)五自由度(du)磁(ci)體(ti)系統(tong)產(chan)生定(ding)向和(he)旋(xuan)轉(zhuan)磁(ci)場(chang)，實現微導(dao)管(guan)頭部的(de)精(jing)準定(ding)位和(he)方(fang)向控(kong)制(zhi)。實驗設(she)置包括(kuo)人(ren)腦血(xue)管矽膠仿(fang)真模(mo)型，涵蓋(gai)多(duo)處狹(xia)窄(zhai)且角(jiao)度(du)尖(jian)銳(rui)的(de)分(fen)支，通過旋(xuan)轉(zhuan)輔(fu)助導(dao)航(hang)策(ce)略減(jian)少(shao)導(dao)管(guan)尖(jian)部與(yu)血(xue)管壁的摩(mo)擦(ca)阻(zu)力(li)，有效(xiao)防(fang)止(zhi)導(dao)管(guan)體(ti)的彎(wan)曲和卡阻(zu)。結果(guo)顯示，旋轉輔(fu)助方(fang)法使導(dao)管(guan)在(zai)多(duo)重(zhong)急(ji)轉(zhuan)彎的血(xue)管模(mo)型中(zhong)通行更(geng)加(jia)順暢(chang)，導(dao)航(hang)效(xiao)率較傳統靜(jing)態(tai)磁(ci)場(chang)引(yin)導(dao)提升(sheng)約(yue)50%，且(qie)插(cha)入(ru)力(li)顯著(zhu)降低，驗證(zheng)了(le)微導(dao)管(guan)設(she)計在(zai)實際應用中(zhong)高效(xiao)且安全(quan)的導(dao)航(hang)性能。此外(wai)，旋(xuan)轉(zhuan)運動(dong)還(hai)能(neng)促進流體(ti)在(zai)導(dao)管(guan)工作腔的(de)輸送(song)，增(zeng)強(qiang)藥(yao)物輸送(song)效(xiao)能(neng)(圖(tu)2)。

圖(tu)2. 主動(dong)轉向策(ce)略的原(yuan)理(li)與(yu)實驗驗證(zheng)。

該(gai)研(yan)究開(kai)發的(de)磁(ci)控(kong)軟(ruan)旋(xuan)轉微導(dao)管(guan)（MSRM）具(ju)備(bei)多(duo)項創(chuang)新醫療功能，顯(xian)著(zhu)提升(sheng)血(xue)管內介(jie)入(ru)治(zhi)療的效率(lv)和安全(quan)性。首先(xian)，微導(dao)管(guan)通過旋(xuan)轉(zhuan)輔(fu)助主(zhu)動(dong)轉向，實現對狹(xia)窄(zhai)、復(fu)雜、曲折血(xue)管的(de)高效(xiao)導(dao)航(hang)，減(jian)少(shao)導(dao)管(guan)尖(jian)部與(yu)血(xue)管壁的摩(mo)擦(ca)，避(bi)免彎(wan)曲(qu)和卡阻(zu)，保障在(zai)直徑(jing)小(xiao)於2毫(hao)米(mi)的(de)遠端(duan)血(xue)管中(zhong)的優(you)異通達能(neng)力(li)。其次(ci)，該(gai)導(dao)管(guan)集成了(le)多(duo)種治療功能，包括(kuo)藥物輸送(song)、機(ji)械血(xue)栓(shuan)破碎和(he)血(xue)栓(shuan)碎片(pian)回(hui)收。導(dao)管(guan)頭部的(de)旋(xuan)轉螺(luo)旋結(jie)構不僅能(neng)夠促進藥(yao)物與(yu)血(xue)栓(shuan)的高效(xiao)接(jie)觸(chu)，加(jia)快溶栓(shuan)速度(du)，還(hai)能(neng)通過機(ji)械摩(mo)擦(ca)作用物理(li)破(po)壞(huai)血(xue)栓(shuan)，提高溶栓(shuan)治療的總(zong)體(ti)效果(guo)。此外(wai)，旋(xuan)轉(zhuan)運動(dong)產(chan)生的流體(ti)動(dong)力(li)能夠(gou)逆(ni)向(xiang)輸送(song)血(xue)栓(shuan)碎片(pian)，配合吸(xi)引(yin)裝(zhuang)置(zhi)實現血(xue)栓(shuan)碎片(pian)的(de)安全(quan)回收(shou)，降低血(xue)管堵(du)塞和遠端(duan)栓(shuan)塞風(feng)險(xian)。這(zhe)種藥物-機(ji)械聯(lian)合治(zhi)療策略有(you)效克(ke)服了(le)單純(chun)藥(yao)物溶栓(shuan)或機械治(zhi)療的局限(xian)。最後(hou)，導(dao)管(guan)柔軟(ruan)的(de)旋(xuan)轉(zhuan)頭部設(she)計和(he)溫和(he)的操(cao)作模式(shi)降(jiang)低了血(xue)管損傷風(feng)險(xian)，符合臨(lin)床(chuang)對微創(chuang)、安全(quan)性的需(xu)求(qiu)。動(dong)物體(ti)內及(ji)人(ren)體(ti)血(xue)管模(mo)型中(zhong)的實驗證(zheng)明(ming)了MSRM在(zai)血(xue)栓(shuan)清除(chu)和遠端(duan)血(xue)管訪(fang)問上的高效(xiao)性和安全(quan)性，有望(wang)為(wei)卒(zu)中及(ji)其(qi)他(ta)血(xue)管疾(ji)病提供(gong)更加(jia)精(jing)準、快(kuai)速且低創(chuang)傷(shang)的介入(ru)治(zhi)療手段（圖(tu)3）。

圖(tu)3. MSRM 螺(luo)旋形(xing)頭部流體(ti)與治(zhi)療功能設(she)計與(yu)仿真(zhen)結果(guo)。

在(zai)新西蘭(lan)兔(tu)體(ti)內實驗中，MSRM微導(dao)管(guan)成功實現了對復(fu)雜(za)血(xue)管分(fen)支的高效(xiao)導(dao)航(hang)，旋(xuan)轉輔(fu)助主(zhu)動(dong)彎曲策(ce)略使導(dao)航(hang)速度(du)提升(sheng)約(yue)50%，顯(xian)著(zhu)降低了導(dao)管(guan)張(zhang)力(li)和卡阻(zu)風(feng)險(xian)。結合局(ju)部註射(she)溶栓(shuan)藥物，微導(dao)管(guan)通過機(ji)械旋(xuan)轉(zhuan)輔(fu)助快(kuai)速分(fen)解(jie)和清除(chu)血(xue)栓(shuan)，血(xue)栓(shuan)在(zai)15分(fen)鐘(zhong)內顯(xian)著(zhu)消除(chu)，且未(wei)觀(guan)察(cha)到血(xue)管損傷或(huo)並發癥。實驗結果表(biao)明(ming)，MSRM具(ju)備(bei)優(you)異的(de)操(cao)作性能和(he)良(liang)好(hao)的生物相(xiang)容(rong)性，體(ti)現了(le)其在(zai)微血(xue)管導(dao)航(hang)及(ji)血(xue)栓(shuan)治療中的高效(xiao)性和安全(quan)性（圖(tu)4）。

圖(tu)4. 活體(ti)動(dong)物實驗的設(she)計示(shi)意(yi)圖(tu)和驗(yan)證(zheng)結(jie)果(guo)。

MSRM制(zhi)備(bei)方(fang)法：通過摩(mo)方(fang)面投(tou)影微立體(ti)光刻（PμSL）技(ji)術(shu)（nanoArch^® S130，精(jing)度(du)：2μm）制(zhi)備(bei)負模，隨後(hou)用非(fei)磁(ci)性夾(jia)具(ju)固(gu)定(ding)負模，註入(ru)預(yu)制(zhi)的(de)PDMS液(ye)體(ti)，並在(zai)負模內嵌(qian)入(ru)微型永磁(ci)體(ti)，固化3小時(shi)。脫模後(hou)獲(huo)得(de)軟(ruan)性螺(luo)旋形(xing)導(dao)管(guan)尖(jian)部，球(qiu)形(xing)關(guan)節(jie)腔(qiang)及(ji)中(zhong)空關(guan)節(jie)采用摩(mo)方(fang)微納3D打(da)印技(ji)術(shu)制(zhi)備(bei)，最終通過手(shou)動(dong)組裝(zhuang)，完(wan)成(cheng)可(ke)旋(xuan)轉(zhuan)的(de)軟性微導(dao)管(guan)尖(jian)部。

總(zong)結(jie)：本文提出(chu)了(le)壹種具(ju)備(bei)軟質可(ke)旋(xuan)轉(zhuan)末端(duan)的(de)磁(ci)控(kong)微導(dao)管(guan)，旨在(zai)提升(sheng)血(xue)管內介(jie)入(ru)的(de)可(ke)達(da)性和治(zhi)療效率。該(gai)微導(dao)管(guan)通過旋(xuan)轉(zhuan)輔(fu)助自(zi)主(zhu)轉向，顯著(zhu)改善(shan)了在(zai)狹窄彎曲血(xue)管中(zhong)的導(dao)航(hang)能(neng)力(li)。實驗證(zheng)明(ming)其在(zai)體(ti)外腦(nao)血(xue)管模(mo)型和(he)活體(ti)動(dong)物中(zhong)表(biao)現出(chu)優(you)異的(de)操(cao)控性和導(dao)航(hang)能(neng)力(li)，有望(wang)推(tui)動(dong)磁(ci)控(kong)微型醫(yi)療機器(qi)人(ren)的發展與臨(lin)床應(ying)用。

這(zhe)項研究得(de)到香(xiang)港(gang)研究資(zi)助局(ju)（RGC）、香(xiang)港創(chuang)新科(ke)技(ji)署(shu)（ITC）、中大天(tian)石(shi)機器(qi)人(ren)研究所(suo)、中大-中國科(ke)學院深(shen)圳(zhen)先(xian)進(jin)技(ji)術(shu)研(yan)究院(yuan)機器(qi)人(ren)與智能系統聯(lian)合實驗室、創(chuang)新香港(gang)研(yan)發平(ping)臺（InnoHK）的醫療機器(qi)人(ren)創(chuang)新技(ji)術(shu)中(zhong)心（MRC）的支持(chi)。該(gai)工(gong)作得到新加(jia)坡(po)南(nan)洋(yang)理(li)工大學沈祖(zu)堯教(jiao)授、中國科(ke)學技(ji)術(shu)大學王柳(liu)教(jiao)授的大力(li)合作和幫助。