Page 83 - 《中国医疗器械杂志》2025年第6期
P. 83
Chinese Journal of Medical Instrumentation 2025年 第49卷 第6期
设 计 与 制 造
[3]
的房水流出通道 ，是房水动态循环过程中的重要 的5自由度控制，为微型机器人在体内的导航和
[14]
环节。粘小管手术主要通过扩张粘小管来降低眼 操作提供了可能。YUAN等 提出的RectMag3D磁
压。其手术流程主要包括：首先，作结膜瓣与巩膜 驱动系统基于矩形电磁线圈，通过精确的磁场建
瓣；其次，在粘小管中注入黏弹剂，将导光微导管 模，实现了微型机器人的操控。
插入粘小管，并从另一端穿出；然后，将缝线与微 本文利用磁驱动技术，针对粘小管手术的应用
导管缝合，并撤出微导管，将缝线环绕粘小管一周 场景设计磁导航系统，辅助导管插入操作，实现对
后从另一端导出；最后，将缝线结扎，缝合巩膜瓣 导管前端的远程准确控制，从而降低粘小管手术中
完成手术 。 导管插入的实施难度，提高手术的可靠性和成功率。
[2]
一方面，在微导管插入过程中，由于无法直接
控制导管前端的方向，医生只能操控导管位于眼外 1 系统设计
的部分，根据感知到的阻力，控制导管进给或旋转
1.1 设计方案
以调整导管最前端的位置和方向。因此，这一步对
磁导航技术的基本原理是通过控制工作空间内
医生的操作熟练度有很高的要求，若操作不当则可
的磁场分布，引导体内的响应磁体或顺磁性物质沿
能导致出血甚至手术失败。
预定路径到达目标位置 。
[15]
另一方面，在手术过程中，医生的手不可避免
现有的磁导航系统根据所使用的磁体类型，可
地会有生理性震颤，而且由于难以控制导管的方
分为两类：基于永磁体的磁导航系统和基于电磁体
向，导管插入过程所需的时间较长，随着时间的推
的磁导航系统，它们的控制方式略有不同。基于永
移，手部震颤的幅度可能会逐渐增加，这在手术过
磁体的磁导航系统主要通过移动永磁体、改变永磁
程中很容易对患者的眼内结构造成损伤。
体的位姿来调节工作空间中的磁场分布，它的优点
以上操作难点导致了粘小管手术时间长、手术
是容易获得更大的工作空间。而基于电磁体的磁导
难度高等问题，手术的成功率极大地取决于医生的
航系统主要通过改变其线圈中的电流来改变磁场，
操作熟练程度和临床经验 。
[4]
其优点是响应速度更快，但工作空间较小。
鉴于上述操作难点，构建一种能够远程驱动
考虑到粘小管手术的工作条件：眼球内粘小管
的辅助导管导航系统，将有助于降低手术难度。
[16]
的内径约为50.8~393.5 μm ，其形状可看作围绕前
现阶段，实现远程驱动的主要途径是利用各种场
房角的一个圆环，直径约为10 mm，且在手术过程
能，目前多种远程驱动策略已被提出，如光学驱 中患者眼球的位置基本保持不变，系统所需的工作
动、超声驱动、静电驱动和磁驱动等 [5-6] 。其中， 空间较小且相对固定，因此，我们的系统选择使用
磁驱动的方式具有响应速度快、生物相容性好、 多个固定的电磁铁产生所需的磁场，通过分别控制
对人体危害小等优点，在医疗领域应用中具有天 每个电磁铁中的电流来实现工作空间中磁场的控
然的优势。 制。如图1所示，多个电磁铁位置固定，置于人眼
目前，磁导航技术在心脏导管消融 [7-10] 、胶囊 上方，电磁铁磁场叠加产生控制磁场。
内窥镜 、微型医疗机器人控制 [12-14] 等领域已有相
[11]
关研究。CARPI等 介绍了Stereotaxis Niobe 磁导
[7]
供电
航系统，利用磁场驱动导管，实现了在心腔内的 直流稳压电源
精确导航和消融。HWANG等 介绍了磁导航系统
[8]
在血管介入治疗中的应用，强调了磁导航技术在
眼球位置 下发电流
减少辐射量、提高在复杂解剖结构可达性方面的 设置指令
电磁铁系统
[9]
优势。FU等 设计了可在微创血管手术中操控的
导管，强调了磁导航技术在血管手术中的应用 上位机
[10]
潜力。LIU等 设计并制造了一种磁导航系统，通
过8个球形排列的电磁铁生成动态均匀磁场，实现
了在人体模型中的导航和消融实验。LIAO等 [11] 图1 系统设计方案
研究表明，磁控胶囊内窥镜借助外部磁场控制， Fig.1 System design scheme
能有效改善传统胶囊内窥镜的运动控制问题， 1.2 理论基础
提升检查效率与患者体验。KUMMER等 [12] 设计 本系统中磁场的控制主要基于磁感应强度与电
的 OctoMag系 统 以 及 KRATOCHVIL等 [13] 研 制 的 流的线性近似以及磁场的叠加原理。
MiniMag系统通过8个电磁铁实现了对微型机器人 对于电磁铁，当电流通过线圈时，铁芯被磁
669
