用磁场引导的微型机器人治疗肝癌

由蒙特利尔放射科医生Gilles Soulez领导的加拿大研究人员开发了一种新的方法，在MRI设备中使用磁铁引导的微型机器人来治疗肝脏肿瘤。

将微型机器人注入血液以治愈人体的想法并不新鲜。这也不是科幻小说。在外部磁场的引导下，由可磁化的氧化铁纳米颗粒制成的微型生物相容性机器人理论上可以以非常有针对性的方式提供医疗服务。到目前为止，还存在一个技术障碍:这些微型机器人的重力超过了磁力，当肿瘤位于更深部位时，会限制了它们的引导。虽然MRI的磁场很高，但用于导航和生成MRI图像的磁梯度较弱。

“为了解决这个问题，我们开发了一种算法，利用重力并将其与磁性导航力相结合，来确定患者身体在临床MRI中应该处于的位置，”CHUM研究中心的研究员、蒙特雷姆大学放射学、放射肿瘤学和核医学系主任Gilles Soulez博士说。“这种综合效应使微型机器人更容易移动到为肿瘤提供养分的动脉分支。”“通过改变磁场的方向，我们可以准确地将它们引导到需要治疗的位置，从而保护健康的细胞。”

追求更高的精度

发表在《科学机器人》杂志上的这一概念证明可能会改变用于治疗肝癌的介入放射学方法。肝细胞癌每年在全世界造成70万人死亡，目前最常用的治疗方法是经动脉化疗栓塞。这种侵入性治疗需要高素质的人员，使用x射线引导的微导管，直接向肝肿瘤供血的动脉进行化疗，阻断肿瘤的血液供应。

Soulez说:“我们的磁共振导航方法可以使用植入式导管，就像化疗中使用的那样。”“另一个优点是，核磁共振成像比x光能更好地显示肿瘤。”由于核磁共振兼容微型机器人注入器的发展，科学家们能够组装“粒子队列”，即可磁化微型机器人的聚集体。由于它们具有更大的磁力，因此更容易在MRI设备提供的图像上进行导航和检测。通过这种方式，科学家们不仅可以确保队列朝着正确的方向行驶，而且还可以确保治疗剂量足够。每个微型机器人将携带一部分治疗剂，因此放射科医生知道有多少微型机器人是至关重要的。

良好的方向感

Soulez说:“我们在12头猪身上进行了试验，以便尽可能地模拟病人的解剖状况。”“微型机器人优先导航肝动脉的分支，这些分支是算法的目标，并到达目的地。”肿瘤在肝脏不同部位的位置不会影响这种方法的有效性。他说:“利用人类肝脏的解剖图谱，我们能够在19名接受动脉化疗栓塞治疗的患者身上模拟微型机器人的驾驶。”“他们在肝脏的不同位置总共有30个肿瘤。在超过95%的情况下，肿瘤的位置与导航算法兼容，可以到达目标肿瘤。”

尽管取得了这一科学进展，但该技术的临床应用仍有很长的路要走。Soulez说:“首先，利用人工智能，我们需要通过检测微型机器人在肝脏中的位置以及为肿瘤供血的肝动脉分支堵塞的情况来优化它们的实时导航。”科学家还需要用软件模拟血液流动、病人定位和磁场方向。这将使评估这些参数对微型机器人运输到目标肿瘤的影响成为可能，从而提高方法的准确性。